天/地基多平台空间目标光电观测时效性分析

针对如何部署光学探测设备才能更好实现对空间目标的高精度高频度监视问题,考虑光照条件、相对关系及探测性能,构建了天/地基空间目标探测与成像仿真模型;按照轨道特征选取了94颗LEO（Low Earth Orbit,低地球轨道）卫星、63颗GEO（Geosynchronous Earth Orbit,地球同步轨道）卫星和18颗大椭圆轨道卫星,选用春夏秋冬典型季节的特定时间长度,仿真分析了国内地基、南北极科考站、LEO卫星、准GEO卫星等多平台光电手段的位置探测和成像观测能力;比对分析地基平台纬度和季节、天基平台轨道高度和倾角对探测能力的影响得出：南北极科考站相比于国内站点可提高重点季节的探测时效性,98°倾角LEO平台对低轨目标成像时效性方面更具优势,等.在此基础上,提出了我国空间目标光电观测设备天地一体的布局构想.     

基于汇聚点观测的天基光学监视星座设计

针对地球静止轨道目标监视问题,提出了一种基于汇聚点观测的天基光学监视星座设计方法.研究分析了地球静止轨道目标分布特性,针对静止轨道目标在特定位置分布密度较大的特点,设计了监视星座对汇聚点区域进行重点观测的策略.分析了监视星座的轨道类型和传感器观测策略,提出采用太阳同步轨道设计监视星座和相应的汇聚点区域观测的方法.在满足对汇聚点观测要求及同步带重访周期为1d的条件下,对星座进行了设计.仿真结果表明：设计的4颗卫星组成的观测星座,对同步带目标的重访周期小于1d,24 h内的平均观测时间约为900 s,且能观测到更多的同步带目标.该方法可供工程应用参考.     

观测数据关联的泰勒展开径向速率方法

针对近地空间目标编目探测中,双屏电子篱笆的观测数据关联判断的问题,提出一种基于泰勒展开的径向速率数据关联方法。该方法对关联判断中径向速率这一判别量的计算采用泰勒展开的方式;与传统方法相比,该方法不需要进行地心地固坐标系与地心惯性系坐标转换,也不需要迭代计算初轨根数,具有简单、快速、符合精度需求的特点。在双屏电子篱笆探测LEO(Low Earth Orbit,低地球轨道)cm级空间目标的应用仿真中,该方法与使用初轨确定结果的径向速率方法相比,判断正确率基本相同,但所需计算时间比后者低一个数量级。因此,所述方法的判断效率较高,可为编目探测系统的数据处理流程提供参考。     

空间目标光电观测网中的目标分配问题

针对空间目标光电观测网中的目标分配问题,通过对编目实际情况的分析,考虑了目标的探测率、编目定轨对测量数据的要求和编目更新率,提出编目效率的概念并给出相应计算方法。在此基础上,建立了空间目标分配优化的线性规划模型。数值仿真表明,模型有效,求解可行,可用于空间目标光电观测网的日常运行,提高观测网的运行效率。编目效率概念同时也可作为对观测所需资源消耗的度量,从而实现对观测网编目能力的评估。     

近地空间目标监视网设计

本文首先根据空间目标监视对监视网的基本要求,提出了近地空间目标监视网的完备性概念,进而根据空间监视的机理,对其进行了时空分解,其次,结合近地目标的轨道特性和空间分布特性,分析给出了监视设备的空间监视能力表达式,并据此描述了近地空间目标监视网的设计要点,最后,给出了一个局部地基近空间目标监视网的设计示例,以说明以上内容的具体应用。     

空间目标光电跟踪的调度策略

针对空间目标光电跟踪调度问题,根据不同轨道空间目标的运动特征,着重考虑对编目定轨影响最大的轨道弧长,基于线性规划模型,分别提出了适合低轨道和中高轨道空间目标跟踪调度优化数学模型。仿真计算表明,模型在消除弧段冲突、充分利用观测时间的基础上实现了最优轨道弧长的观测策略,计算量适当,能够满足实践应用的需求。实测试验表明调度策略有效可行,能够提高50%的有效观测时间。     

基于搜索空间变换和序优化的预警星座设计

高轨预警星座由若干颗地球静止轨道卫星和大椭圆轨道卫星组成,星座优化的目标是满足重点监视区域的覆盖和提高覆盖区域的定位精度。对于覆盖性优化,根据多个监视区域的威胁等级,星座系统需要提供不同的覆盖重数;对于定位精度优化,系统在立体观测和单星观测情况下存在很大差异。因此高轨预警星座优化是一个复杂多区域多目标优化问题。针对以上难点,提出了多层次多目标优化模型,可以较完整合理地描述预警星座优化问题;在优化模型求解方面,将优化计算分为覆盖性优化和定位精度优化两个环节;在覆盖性优化环节,提出了基于搜索空间变换的覆盖性快速优化方法,提高了Pareto最优解的计算速度和准确性。在定位精度优化环节,采用序优化方法进一步缩短优化时间。仿真试验表明,该方法可设计出满足预警任务需求的星座,且优化耗时在1 min以内,能有效地缩短预警星座优化时间。     

天基近地轨道空间监视雷达卫星重访效能分析

空间目标监视系统是空间态势感知的重要支撑,为克服地基观测系统时空监视能力的限制,基于天基平台的空间目标监视技术是空间目标监视领域技术发展的必然趋势。天基监视雷达是天基监视技术的重要组成部分,着眼于未来空间监视的需要,必须开展天基雷达相关技术的研究。本文分析了近地轨道空间卫星间相对距离变化的周期性,以此为基础给出了天基雷达对观测目标的重访特性,为天基空间监视雷达卫星星座系统的设计提供了理论基础。     

空间目标监视雷达技术探讨

本文分析了空间目标分布特性和国外空间目标监视技术发展趋势，提出了我国发展空间目标监视雷达需要注重研究的关键技术。     

美国空军空间司令部试图“睁开”更多的在轨“眼睛”

美国空军空间司令部计划利用以前未曾使用的数据源，以改进其对地球轨道卫星活动的了解。这项称作“魔爪红云”（Talon Red Cloud）的研究计划，可能有助于分担对空间监视网中现有探测器的某些监视要求。其想法是，利用来自政府其他机构和有信誉的商业公司有关他们的卫星的位置和运动的可靠数据。依靠这些来自可信数据源关于卫星的数据，     

基于立体观测的空间目标天基光学监视定位

利用天基观测平台实现对空间目标的有效监视是空间监视的发展方向和必然趋势。本文提出充分利用天基光学观测灵活性,采用基于双／多星立体观测定位的方法,提高空间目标监视定位效能,并就系统观测条件进行分析。     

Multi-view space object recognition and pose estimation based on kernel regression

The application of high-performance imaging sensors in space-based space surveillance systems makes it possible to recognize space objects and estimate their poses using vision-based methods. In this paper, we proposed a kernel regression-based method for joint multi-view space object recognition and pose estimation. We built a new simulated satellite image dataset named BUAA-SID 1.5 to test our method using different image representations. We evaluated our method for recognition-only tasks, pose estimation-only tasks, and joint recognition and pose estimation tasks. Experimental results show that our method outperforms the state-of-the-arts in space object recognition, and can recognize space objects and estimate their poses effectively and robustly against noise and lighting conditions.     

天基低轨空间监视雷达密集短弧观测数据的定轨应用研究

当天基雷达采用多波束扫描时,每次与空间目标交会可获取类似跟踪的观测数据。本文讨论了这些密集短弧观测数据在目标轨道改进中的应用。在没有测量时,采用矩阵Ricatti方程计算状态误差;引入观测数据时,比较了EKF和UKF两种滤波算法的轨道改进效果。仿真表明,UKF的收敛速度优于EKF;天基短弧观测数据可以很好地抑制误差发散,满足监视任务需求。     

基于天基光学短弧观测的GEO卫星分选

提出一种基于天基光学短弧观测数据集分选同步带目标的方法,引入测量属性和约束域概念。为利用短弧观测数据中的有效信息,以目标和平台的相对距离和距离变化率为坐标轴,建立约束域平面。利用GEO（地球同步轨道）目标运动特点,通过能量约束和假设轨道反演2种方法,从多个目标轨迹中分选出GEO目标。仿真结果表明,该算法可在数据库不完备的条件下通过短弧观测分选出同步轨道卫星。     

空间目标编目测量资源调度策略设计与实现

空间目标编目测量资源调度是一个复杂的系统问题。首先对测量资源调度要素进行分析,然后在对调度需求分解的基础上,给出一个基于CSP（约束满足问题）模型的随机搜索编目调度算法。该算法在目标数量多、任务数据量大、复杂度高的任务环境下,求解快速、稳定。最后对调度软件实现中的核心问题——数据结构组织方式进行了阐述,基于合理的数据结构,调度算法得以高效实现。     

简单二体引力模型用于空间目标轨道面交线确定的效果分析

在空间目标碰撞预警分析中，准确地计算出空间目标的轨道面交线是进行地心距筛选、时间差筛选的前提，目前较多使用的快速确定轨道面交线的方法为简单二体引力模型。深入分析该模型，比较了其计算的空间目标轨道面交线与STK计算结果的差异，指出了简单二体引力模型在计算空间目标轨道面交线时的局限性，认为轨道摄动是影响轨道面交线计算准确性的主要原因，应该采用更能反映空间目标实际运动规律的改进的二体引力模型的方法。     

Power beaming providing a space power infrastructure

A study based on two levels of technology maturity, which applies to the power beaming concept to four planned satellite constellations, is described. The analysis shows that with currently available technology, power beaming can provide mass savings to constellations to orbits ranging from low-Earth orbit to geosynchronous orbit. Two constellations, a space surveillance and tracking system and space-based radar, can be supported with current technology. The other two constellations, a space-based laser array and a boost surveillance and tracking system, will require power and transmission system improvements before their break-even specific mass is achieved. A doubling of SP-100 conversion efficiency from 10 to 20% would meet or exceed break-even for these constellations     

脉冲雷达探测中高轨道目标方法及试验

通过分析中高轨目标雷达回波信号特性,给出一种基于空间目标动力学约束的回波信号相参积累方法,介绍了信号积累模式下中高轨道目标的参数测量方法。通过对国内某型号雷达进行中高轨目标探测支路改造及相关试验,获取试验数据并对其进行分析,验证了原理的正确性和方法的可行性。