应用近似算法的光学遥感卫星区域目标成像任务规划方法

光学遥感卫星成像任务规划的研究对象多以点目标为主,对于区域目标的处理,多是将其转化为点目标后求解,因此存在精度不高和效率过低等问题。同时,还存在对于长时间周期的规划问题耗时过长,以及大区域长时间任务规划性能较差等问题。文章根据卫星成像任务规划的约束条件,建立成像任务规划模型,分析并归纳光学遥感卫星轨道及星下点轨迹的特点,认为星下点轨迹在中低纬度区域的投影可近似认为是直线;通过将区域目标向直线投影,将二维平面区域转化为一维线状区域,对模型进行求解。该方法能大幅降低求解区域目标问题的复杂度,在一维线状区域的基础上对侧摆进行处理,同时能够提高长时间周期规划的性能。利用环境减灾-1A(HJ-1A)卫星进行验证,结果表明,文章提出的方法能够在较短的时间内解决大区域长时间成像任务规划问题。     

应用多星的空间目标跟踪定位算法

单星激光测距空间目标定位算法受远距离激光测距机测频的限制,有效数据速率较低。文章构建天基探测系统空间目标观测模型,提出一种应用多星的空间目标跟踪定位算法。该算法基于三角交会原理,面向多星不同载荷平台,基于空间目标成像投影和坐标转换模型,计算空间目标的异面直线距离,采用最近邻算法最优匹配关联同一空间目标的星间像点,基于双星交会模型解算空间目标轨迹,进行空间目标跟踪。此外,针对空间目标的星间信息丢失、空间目标与卫星共面时多空间目标跟踪精度低的问题,引入空间目标的加速度参数分量,改进卡尔曼滤波算法,预测空间目标轨迹位置,从而有效提高多目标跟踪精度。实例验证结果表明:文章提出算法的空间目标跟踪与定位精度高,能有效解决星间信息丢失引起的精度下降问题。     

弹载双基前视SAR俯冲段成像制导路径优化研究

弹载双基前视合成孔径雷达（Missile-Borne Bistatic Forward-Looking Synthetic Aperture Radar,MBFL-SAR）可实现俯冲段全程二维高分辨率成像,还可实现导弹间的协同作战,提高制导精度。针对此构型下发射机轨迹直接影响双基成像分辨率的问题,分析了MBFL-SAR构型下的俯冲段二维分辨率特性,结合导弹的运动特性,在二维分辨率及导弹运动学对弹道的约束下,把导弹的三维加速度变化量作为优化变量,构建了与场景内分辨率夹角相关的目标函数,利用参数自适应的改进遗传算法进行发射机弹道优化仿真。与现有的基于线性衰减模型的轨迹设计方法相比,本文所提的轨迹优化方法可更好地满足高分辨率成像的要求。     

单星无源探测弹道导弹射向估计新方法

天基预警系统是国家战略预警系统的重要组成部分,而单星探测预警是天基预警系统发展必经历程和重要环节,传统方法基于标准弹道模板先验信息支持,但标准弹道模板信息难以获取,无法实际应用.本文主要讨论在没有标准弹道模板先验信息支持的情况下,单颗预警卫星能否及早给出导弹射向估计的问题.通过建立弹道导弹飞行的动量模型和弹道平面切割模型,本文提出了基于单颗预警卫星观测视线对来袭导弹射向的估计算法,回答了单颗预警卫星观测情况下如何给出射向信息的问题,仿真计算结果表明,本文方法对于引导地基预警系统具有较高的精度和实用价值,本文方法亦可应用于各类单站无源探测(预警雷达,中低轨、大椭圆预警卫星等)的方位信息估计与空间目标机动的识别等问题.     

最小方差关连控制设计

本文讨论了最小方差关连控制设计问题,在随机干扰作用下系统需设计为最小方差,以抑制干扰和跟踪输入信号,本文将最小方差应用于关连设计,将各子系统之间的关连看成是可变的,且将各子系统的关连看成是回路反馈,以最小方差进行反馈设计,这里出现的新问题是反馈通过了多个控制器闭合,需同时使各子系统皆运行在最小方差状况下。文中以具有二子系统和二控制器的关连反馈为例、得到了最小方差关连控制的实观条件。文中给出了例题以示该方法的应用。这一方法对强关连系统提出了新的设计思想:一种将关连考虑在内的综合设计思想。     

空间失稳目标线阵雷达成像机理及三维重建

利用线阵激光雷达载荷小、抗干扰能力强等优势,研究空间失稳目标动态测量技术。探究线阵激光雷达成像机理,建立空间失稳目标运动模型,提出基于双切片法的目标可测区域提取机制,实现线阵激光雷达对空间失稳目标的驻留观测扫描;以ICP(Iterative closest point)配准结果为先验信息,提出逆序重建方案,建立重建点云精度以及平均密度评价机制,分析数据冗余对重建精度的影响,采用采样降维的方法进行配准重建计算,提高重建结果精度;最后进行仿真实验检验分析,实验结果表明空间目标可测部位数据提取合理准确,数据输出频率可达 1 Hz ,重建结果满足任务指标要求,重建点云平均密度达到19 mm,重建点云精度达到90 mm,为地面验证及在轨应用提供数据支撑和参考。     

一种用于静态红外地球敏感器的高效算法

为提高微纳卫星的姿态检测效果,针对静态红外地球敏感器的全景鱼眼成像特点,以单张红外成像为研究对象建立成像模型,提出了间隔向量积与t Location-Scale分布置信区间均值结合的算法。将红外成像投影到空间球体上形成空间像点环;在像点环上间隔取点做向量积,得到当前目标姿态角的样本集合;通过t Location-Scale分布进行极大似然估计,得到目标姿态角样本均值和方差的估计量;再次计算1σ置信区间内样本均值,最终得到目标姿态角的估计值。相比于原算法,目标姿态角在±10°内的标准差由0.06°下降为0.03°,精度提高了50%。另外为避免迭代收敛的耗时问题,给出了应用于实际工程的查表法,使运算速度提高了87%,提升了静态红外地球敏感器的测量精度和效率。     

基于模糊最小方差估计的超视距雷达多模式融合跟踪算法

天波超视距雷达(OTHR)是通过电离层反射实现超视距广域监视的,其地理坐标系下的量测方程存在强非线性,同时由于电离层的不同分层,造成了多路径传播的严重问题,即同时存在多个量测模型。本文借鉴多传感器数据融合的思想,提出了一种新的超视距雷达跟踪算法,将多路径信息看作是多传感器提供的量测信息,利用模糊最小方差估计的方法对多路径信息进行同步融合。仿真结果表明,当在杂波环境中,跟踪一个存在四种可能非线性量测的非机动目标时,本文提出的基于模糊最小方差估计的多模式融合跟踪算法(FLCE-MFT)与多径概率数据互联算法(MPDA)相比,在距离维的精度具有很大改善,且耗时大大缩短,具有更好的跟踪性能。     

临近空间高超声速助推-滑翔式轨迹目标跟踪

针对临近空间高超声速、助推-滑翔式轨迹目标跟踪的问题,提出一种经度-纬度-高度坐标系（Longitude-Latitude-Altitude, LLA）下基于目标轨迹特性分析的三维投影跟踪算法。首先,针对临近空间目标在经纬方向上的线性高超声速运动和高度方向上高机动频率运动的不同,将目标量测分别投影到经纬平面和高度方向上,并通过分段跟踪处理,以减小耦合误差对目标跟踪精度的影响;接着,在对目标高超声速特性充分分析的基础上,利用经纬方向上的点迹归并和凝聚处理,以有效解决目标高超声速运动所引起的分裂问题;然后,在对目标高度IMM跟踪的基础上,通过对加速度突变的合理检测和补偿,以进一步实现目标在高度方向上高机动频率运动的可靠跟踪;最后,结合统计学原理,将目标在同一时刻不同跟踪段中的状态估计相关联,以有效实现临近空间高超声速、助推-滑翔式轨迹目标的精确跟踪。仿真结果表明,与现有的临近空间目标跟踪算法相比,该算法具有较高的定位跟踪精度。     

光电探测信息在防空导弹武器系统中的应用研究

在防空导弹武器拦截目标的过程中,多源、多体制目标指示跟踪信息的引入,可有效解决雷达受扰下目标跟踪精度下降的问题。因此,在武器系统依靠传统雷达体制探测的基础上,引入光电探测手段显得尤为重要。从舰载防空导弹武器系统的探测需要出发,提出了一种利用光电二维探测信息"投影法"辅助目标信息外推的方法。并由此引申出其在多点交叉定位、单点移动定位、三维信息融合和雷达信息补盲中的应用方法。该方法利用二维探测信息可有效提高武器系统的探测精度,提升武器系统整体的抗干扰能力,大幅提升武器系统的作战效能。     

弹道导弹发射点位置的弹道重构寻优估计

依据弹道导弹被动段的测量信息,提出了发射点位置的初始解析估计方法,并在此基础上提出了弹道重构寻优估计策略及方法,进一步提高发射点位置估计精度,完成了方法的数值仿真验证,在中远程弹道导弹预警中有一定的参考价值。     

空间目标三维重构误差分析与相机参数设计方法

针对空间目标三维重构任务中的相机参数设计问题,提出一套由目标重构精度反演观测相机参数及观测方案的方法。通过梳理三维重构误差传播机理,将误差传播归结为相机内参数影响特征点齐次坐标和齐次坐标影响重构精度两个过程,给出了三维重构误差计算方法。基于误差下限分析计算结果,给出了观测距离、拍照间隔与相机姿态指向等任务参数的设计原则,建立了由重构精度反演相机焦距和像素尺寸的方法,形成一套以重构精度为核心指标的观测方案和相机参数设计方法。针对模拟空间目标的仿真试验校验了重构误差估算算法及相机参数和观测方案设计方法的有效性。     

未知空间目标纹理缺失表面三维重建算法

针对传统三维重建方法难以对纹理缺失表面进行完整重建的问题，提出一种基于深度学习与截断符号距离函数(TSDF)融合的未知目标三维表面完整重建算法。首先设计一种基于深度学习的图像逐像素深度估计框架，通过在训练过程中引入多个复杂结构模型，提高该深度估计框架的泛化能力；其次，利用TSDF对各帧图像所估计的深度信息进行融合，实现对纹理缺失区域的空间目标完整三维重建。根据仿真校验，对于300 mm尺寸的卫星模型图像，像素深度估计平均误差约为13 mm，通过TSDF融合后尺寸精度误差小于5.10%。实验结果表明该算法可以对未知空间目标光学图像进行逐像素深度估计，并获得目标完整的三维结构与纹理信息，有效解决无纹理区域的重建结构缺失问题。     

基于未知地标被动观测的飞航导弹SINS俯仰姿态误差估计方法

针对飞航导弹单独使用时SINS存在姿态估计精度随时间降低的问题,提出了基于未知地标被动观测的SINS俯仰姿态误差估计方法。首先,根据飞航导弹中制导段飞行的特点,把SINS俯仰姿态误差估计问题转化为攻角估计问题。然后,在不改变导弹巡航路径的前提下,利用弹上成像导引头对视场内任意未知地标连续被动观测,分别提出了弹体坐标系和速度坐标系下的攻角估计方法,并分析了观测噪声对量测方程系数的影响。最后,利用平均去噪的思想对估计结果进行处理,提高了SINS俯仰姿态误差的估计精度。仿真结果表明：两种方法都能有效估计出飞航导弹SINS俯仰姿态量测误差。     

质量矩导弹固定时间二阶滑模控制方法

针对三轴稳定的双滑块质量矩导弹,基于动态系统零点配置原理提出一种快速固定时间二阶滑模控制方法。首先建立具有完整耦合动力学特征的质量矩导弹姿态动力学模型;其次,基于典型动态系统进行零点配置原理分析和收敛时间估计;在此基础上,提出动态过程可调节的固定时间二阶滑模控制方法,并对系统收敛时间的上界进行估计;最后,针对质量矩导弹的仿真校验了设计方法的有效性。     

基于预警卫星观测数据的弹道重构算法研究

地球静止轨道顶警卫星弹道重构是弹道导弹防御的一个重要环节，利用基于Stirting插值逼近的非线性KALMAN滤波方法，对凝视型弹道重构算法进行了研究。在对导弹动力学模型分析的基础上，建立了弹道状态方程组和观测方程组，并对滤波计算中的初值选取，参数变换进行了讨论。滤波计算中的初值选取所用的多项式拟合方法，可以进行扫描型弹道重构的实现，但精度不高。通过仿真计算，对算法的可行性进行了验证。     

Vision-based pose estimation for cooperative space objects

Imaging sensors are widely used in aerospace recently. In this paper, a vision-based approach for estimating the pose of cooperative space objects is proposed. We learn generative model for each space object based on homeomorphic manifold analysis. Conceptual manifold is used to represent pose variation of captured images of the object in visual space, and nonlinear functions mapping between conceptual manifold representation and visual inputs are learned. Given such learned model, we estimate the pose of a new image by minimizing a reconstruction error via a traversal procedure along the conceptual manifold. Experimental results on the simulated image dataset show that our approach is effective for 1D and 2D pose estimation.     

视场角受限的三维攻击角度控制导引律

考虑末制导阶段捷联导引头视场角限制及攻击角度约束,提出一种基于三维比例导引攻击角度控制的导引律。首先,利用三维矢量制导模型和四元数理论实现三维比例导引的攻击角度预测,进而基于空间几何原理设计一种能够满足视场角约束的三维比例导引攻击角度控制方法。对闭环制导动力学进行分析,并采用李雅普诺夫原理证明视场角受限情况下的制导误差收敛性。分析该制导方法在导弹速度大小变化情况下的轨迹不变性,进而保证制导方法在速度大小变化情况下的有效性。理论分析和仿真校验结果说明了该方法的正确性和有效性。提出的方法可为视场角受限下的攻击角度控制导引律设计提供参考。     

单目-无扫描3D激光雷达融合的非合作目标相对位姿估计

针对传统的利用单一视觉传感器难以实现复杂非合作空间操控导航的问题,提出一种基于单目相机与无扫描三维激光雷达融合的非合作目标相对位姿估计方法。首先,设计了基于成像几何关系的单目纹理-非扫描距离图像的快速配准与融合方法;之后,在构建目标同步定位与建图（SLAM）贝叶斯滤波模型基础上,提出一种扩展卡尔曼滤波-无损卡尔曼滤波-粒子滤波联合的滤波估计算法,可实现尺度模糊下相对位姿的快速鲁棒估计;其次,针对估计中的尺度模糊问题,提出基于融合图像的全局尺度系数确定方法,将尺度系数估计问题转化为简单线性滤波问题。基于OpenGL生成的2D/3D图像实验表明：所提出的方法具有较优的精度和鲁棒性;相对位置估计误差与尺度估计误差相关,二者近似成线性正比关系。