基于Gooding算法的天基光学目标跟踪定轨

开展了基于Gooding算法的400km天基平台光学目标监测的轨道确定研究,当测量误差为3”和6”时,分别对800,1500及36000km轨道高度目标进行初始轨道确定及轨道改进分析.仿真结果表明,利用400km轨道高度平台对800~1500km轨道高度目标进行初定轨,测量数据误差为3”~6”时,4~15min弧段的初定轨精度约在10km量级,1~2min弧段的初定轨精度约在100km量级;15min初定轨弧段轨道改进后误差在100m量级,弧段小于10min时轨道改进误差精度在km量级.利用400km轨道高度平台对36000km轨道高度目标进行初定轨,测量数据误差为3”时,15~20min弧段的初定轨精度约在数十km量级,8~10min弧段的初定轨精度在100km量级;轨道改进后误差在km量级.测量数据误差为6”时,20min弧段初定轨精度在10km量级,8~15min弧段初定轨精度在100km量级,轨道改进后误差精度在10km量级.     

面向天基监视的红外弱小飞行目标识别算法

针对当前红外弱小飞行目标特征不明显、背景干扰大等问题,提出了一种基于深度学习的红外弱小目标识别算法。检测框架以YOLOv4模型为基础,通过使用K-means++算法对训练集的候选框进行聚类处理,在初始大小的选取上放弃随机生成初始点的方式,在样本集里选取某一个样本作为初始中心使锚框（anchor）大小的选取更加合理。在模型结构中引入卷积注意力模块,使算法模型计算资源分配更合理,对红外弱小飞行目标的特征信息更加敏感。改进空间金字塔池化模块,使用平均池化可以更多保留图像的原始信息,降低天基成像中的噪点与坏点的影响。仿真实验表明采用K-means++计算Anchor大小时准确率可以达到80.13%,在加入了SPP和CBAM模块后之后在测试集上算法识别准确率达到了83.3%,经过对模型的修改有效提升了对红外弱小飞行目标识别的准确率。     

基于天基雷达的空间目标轨道预测

根据天基雷达获取的空间目标位置和速度参数, 研究了计算空间目标轨道根数的方法, 以实现对空间目标的初定轨. 分析了雷达坐标系下对目标的观测误差给协议天球坐标系下的目标参数估计带来的影响. 提出了空间二体相遇问题的一种解决方案. 利用已知的空间站轨道, 仿真分析了空间目标在一周之内和空间站的相遇情况, 同时给出了目标轨道预测的误差分析.     

美国天基空间目标监测系统概况

随着美军对天基空间目标监视研究的高度重视,近几年美国将重点研制和部署一些新型天基空间目标监视系统,以确保美国在近期内获得满足空间对抗需求的空间态势感知能力。     

天基光学监视的GEO空间目标短弧段定轨方法

利用两个短弧段的天基测角资料实现对GEO空间目标的轨道确定是天基空间目标监视系统需解决的重要问题之一.将短弧段的主要测量信息表示为弧段属性,构造约束空间目标距离和径向速度的容许域,采用桁架平衡法对第一个短弧段的容许域三角剖分采样,以这些采样点的轨道预报第二个短弧段的弧段属性,通过分析预报值与实际值的差异,优先选取多个采样点的轨道作为初轨,分别对各初轨进行轨道改进.仿真结果表明,该方法能成功解算最小二乘轨道.     

美用光学望远镜跟踪空间碎片

美空军航天司令部在高１万英尺（约３０４８米）的夏威夷火山上设立的毛伊（Ｍａｕｉ）航天监测站，使用光学、光电和红外探测器识别空间人造物体，取得了良好的效果。光学望远镜能分辨出运行在约３７８００千米地球同步轨道上的小至８厘米的人造物体。试验表明，光学探测器是分辨地球同步轨道上人造物体的主要手段。由于离地球甚远，红外成像技术难以实现，而雷达探测器由于功率损失太大以及地球同步轨道物体与地面相对运动太小也十分困难。美航天司令部航天监测中心采用光学探测器对空跟踪，迄今已发现运行在地球轨道上的人造物体大约有７…     

天基光学同步带目标监视跟踪模式

目前的天基空间目标观测模式多利用自然交会方式,在长时间观测的基础上实现对空间目标的遍历,模式规划中未考虑地气光反照对观测效率的影响。文章基于天基平台太阳同步轨道的特点,在传统自然交会模式的基础上引入姿态协同,新规划了两种同步带目标观测模式。将地气光反照对天基空间目标观测的影响量化为相机的离轴角约束,引入模式规划,得到的观测模式即为不受地气光反照影响的观测模式,具有工程实际应用价值,然后对几种观测模式的观测效率从姿态模式、遍历时长、观测弧长等方面进行了评价。理论分析和仿真结果均表明,区域凝视在对同步带目标编目方面具有明显优势,遍历时间小于1天,姿态模式相对简单,观测弧段相对较长。     

基于异步事件流的空间点目标跟踪方法

在当前的空间态势感知领域,针对快速移动的空间点目标的检测与跟踪,传统的基于帧的视觉传感器表现出了一定的局限性,难以满足日益增长的任务需求.因此,基于神经形态学的事件相机,凭借其高时间分辨率和高动态范围,已成为目前的研究焦点.提出一种基于异步事件流的空间点目标跟踪方法.通过单层脉冲神经元滤除其中的噪声,并得到候选目标;采用最近邻运动轨迹关联对候选目标进行持续跟踪,从而得到每个候选目标的运动轨迹;通过特征权重虚警滤除去除候选目标中的虚警目标,保留实际的空间点目标的运动轨迹.在实验阶段,分别使用CeleX-V事件相机测量事件数据和公共空间目标事件数据集(EBSSA数据集)验证了所提出算法的有效性.实验结果显示,在灵敏度和信息量两项指标上,相较于文中提到的基于事件的空间目标跟踪方法具有一定的优势,证明了基于异步事件流的空间点目标跟踪方法能够准确地从原始事件流数据中检测出一个或多个空间点目标,并获取其运动轨迹.     

空间机动目标的跟踪和定位

轨道机动控制过程中，推力加速度的不确定性是机动目标运动的主项摄动。通过对推力加速度和机动目标运动建模，在地心惯性系建立了增广系统状态动力学模型，在地平测量坐标系建立了离散量测模型，同时讨论了机动目标增广状态非线性动力学模型的线性化问题。给出了扩展卡尔曼滤波实时估计增广状态向量的算法，仿真分析证明所述算法稳定、收敛，对机动目标具有较高的定位精度。     

天基空间碎片光学探测影响因素分析及仿真

光学手段在天基空间碎片探测中被广泛应用,但容易受到杂光等因素影响。结合在轨试验数据,从探测器和碎片两方面分析了影响天基空间碎片光学探测的因素。影响探测器探测效果的因素包括太阳光、月光、地气光、大气辉光等杂光及南大西洋异常区辐射等;影响碎片可见性的因素包括地球遮挡、地影及反射的太阳光等。分别给出了上述影响因素涉及的特征量及规避影响的计算方法。基于某天基探测设备的仿真结果表明,上述影响在自然交会及姿态机动模式下均可能发生,在试验设计时需被充分考虑。最后,针对某天基空间碎片探测任务进行了规划。文章对天基光学探测试验设计具有一定的指导意义。     

空间环境天基探测现状与需求分析

天基空间环境探测是了解空间环境状态及变化规律的重要手段, 同时也是保障人类空间活动安全的空间环境预报业务的重要数据来源. 为了促进中国空间环境天基探测的发展和合理布局, 本文分析总结了空间环境天基探测的现状、特点以及能够服务于空间天气预报的业务监测能力情况, 从空间环境业务保障角度分析了空间环境天基探测的需求, 并对中国天基空间环境探测的发展思路进行了初步探讨分析.     

空间碎片天基监测图像仿真研究

空间碎片天基光学监测可以有效弥补地基监测的时空覆盖缺陷.目前天基观测数据不足甚至没有数据,这给监测系统研制、数据处理算法研究及软件系统研发和验证造成了一定困难.因此,研发能够为相关研究提供空间监测图像的空间碎片天基监测图像仿真软件系统具有重要意义.本文根据天基监测图像的特点,研究基本算法,设计仿真流程,给出仿真图像并对结果进行分析.为得到符合实际观测场景的高精度仿真图像,软件系统采用瞬时惯性坐标系;基于Tycho2星表提出了采用基于索引文件的快速星表查询方法来生成背景星图;利用两行根数（Two-Line Element,TLE）数据集仿真空间碎片观测值;并对结果图像中目标的运行轨迹进行分析,得出天基监测空间目标的成像特性.仿真结果表明,该仿真系统能够针对不同观测条件和观测平台,在兼顾精度与时效性的情况下,获得较为真实的空间碎片天基光学系列观测图像.     

基于SBV传感器的地球同步带目标监视系统星座设计

以天基可见光(Space-BasedVisible,SBV)传感器实现对整个地球同步带的监视为研究背景,对监视系统星座构型进行分析与设计.在分析三种观测模式优劣的基础上,给出了最优观测模式;导出了监视卫星轨道高度与搜索栅栏参数之间的关系,并以此确定了监视系统轨道高度的可选范围;通过分析影响天基可见光传感器观测时段和操作策略的因素,给出了SBV传感器的最优观测时段及成像时间的分配原则;在分析单星和双星监视系统方案覆盖率与重访次数的基础上,给出了监视系统卫星数目和搜索栅栏大小的选取原则以及满足回归性的双星监视系统轨道高度选取范围.研究结果表明,监视卫星经过天极附近时采用pinchpoints观测模式可有效提高对较大倾角地球同步轨道目标的覆盖能力,其轨道采用降交点在06:00LT或18:00LT时的太阳同步圆轨道,高度约在615～850km,且在此范围内有6条轨道满足星座回归性要求.     

基于运动对象自动检测和查询的监控系统

针对现有的视频监控系统的缺陷,提出基于运动对象自动检测和查询的智能视频监控系统.利用帧间差的4次统计量的假设验证,自动检测运动对象.用形态学腐蚀和膨胀算子对检测的运动对象的二值图像进行处理,以提高检测运动对象的可靠性,降低误警率.为自动跟踪运动对象轨迹,提出检测块概念.依据检测的运动对象和事件,建立相应的监控信息标注数据库,进而由时间段、运动对象及场景中发生的事件来查询监控信息,实现"跳跃"式随机检索监控信息.实验结果证明提出的方法对实现智能的视频监控系统是有效且健壮的.      

具有外部扰动及不确定系统参数的漂浮基空间机器人关节运动的增广鲁棒控制

讨论了载体位置与姿态均不受控制的漂浮基空间机器人系统的鲁棒控制问题. 利用拉格朗日方法及系统动量守恒关系导出了漂浮基空间机器人欠驱动形式的系统动力学方程, 以确保得到的系统动力学方程关于一组适当选择的组合惯性参数呈线性函数关系. 在此基础上, 借助增广变量法针对末端爪手所持载荷参数存在不确定的情况, 提出了对外部扰动具有鲁棒性的漂浮基空间机器人关节空间轨迹跟踪的拟增广鲁棒控制方案. 所提控制方案由于充分利用空间机器人系统动量守恒关系, 消除了动力学方程中载体位置相关量, 因此具有不需要测量、反馈载体的位置、移动速度和移动加速度的显著优点; 且由于对系统不确定参数及外部扰动始终采用保持鲁棒性的方式而非在线估计的方式, 有效减少了计算量, 因此更适用于机载计算机运算能力有限的空间机器人控制系统实时在线应用. 一个平面两杆空间机器人系统的数值模拟仿真, 证实了方法的有效性.     

空间目标表面包覆材料褶皱对光散射特性的影响

空间目标表面包覆材料的不规则褶皱对其光散射特性具有显著影响.对空间目标表面褶皱进行分类并分析不规则褶皱形成的主要原因.以金聚酰亚胺薄膜样片为研究对象,搭建样片辐射亮度测量系统,获取不同褶皱程度样片的辐射亮度数据.将辐射亮度转换为星等进行分析发现,理论计算与实验测量得到的星等曲线趋势存在较大差异,主要表现为：平面材料的单一镜面反射现象消失;样片在多个角度上出现分散的较强散射点;褶皱程度越高,分散的强散射点越多.结果表明,在对空间目标的光散射特性进行数值计算时,必须充分考虑表面包覆材料褶皱的影响,根据褶皱情况修正数值计算模型,这对空间目标的探测和识别具有重要意义.     

基于星载AIS数据的TEC测量方法

基于星载船舶自动识别系统（AIS）,提出一种计算全球电离层电子总含量（TEC）的方法。通过在卫星上搭载两个相互垂直的线极化天线,测量AIS信号穿过电离层时的法拉第旋转角,再通过法拉第旋转角与TEC的关系估算TEC。基于天拓五号卫星的AIS数据进行了实验验证,并分析了硬件设备误差和观测参数误差对结果造成的影响。实验表明,本方法测量出的TEC值与基于全球定位系统（GPS）测量的TEC值差值平均为0.762 TECU,证明了此方法的可行性。与现有的TEC测量方法相比,该方法只需利用现有的AIS系统,无需部署地面站,可大幅提高数据更新速率。     

空间光通信系统比特差错率的计算及影响因素分析

文章以雪崩光电二极管(APD)作为光电探测器,针对两种常用的数据编码方式,在不同的传输带宽、背景光功率和探测器负载条件下,对空间光通信系统的比特差错率(BER)进行了计算,得到了BER和接收光功率之间的关系曲线。计算结果表明,传输带宽、背景光功率和探测器负载等参数均对BER有明显影响。传输带宽或背景光功率越大,BER越大;探测器负载电阻越小,BER越大。