非合作目标交会接近的自主检测和跟踪方法研究

提出一种针对空间非合作目标交会接近的自主检测和跟踪方法。在摄像机捕获原始图像后,利用推导的主动星高精度姿态来确定摄像机的精确指向,并结合恒星星库进行初步恒星对象剔除操作,随后基于不同对象在图像中的运动轨迹差异进行目标的精确识别。在目标仅视线角可观测的条件下,基于相对轨道根数建立相对运动方程,并利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)构建仅测角相对导航滤波器以推导出主动星和目标之间的相对运动状态。最后通过搭建的半物理仿真平台,对该方法在3种轨道场景中的性能进行了仿真测试,结果显示,当卫星姿态确定的指向精度在优于3″的条件下,该方法的目标检测正确率在96%以上,提出的仅测角相对导航滤波器的相对定轨精度在所测距离范围的1%以内。     

一种参数化非合作目标相对位姿和惯量估计方法

针对故障卫星、失效航天器、空间碎片等空间非合作目标无先验模型,且无法直接获得其角速度及惯量参数等问题,提出一种参数化非合作目标相对位姿和惯量参数估计方法。首先,基于自由航天器姿态动力学模型,用反双曲正切函数来描述含两个独立变量的惯量参数,建立非合作目标角速度传播模型方程;基于立体视觉测量模型,建立非合作目标上若干特征点的量测方程。然后,结合Clohessy-Wiltshire方程描述的航天器间相对运动学模型,以非合作目标的相对位置、相对线速度、相对姿态、惯性角速度及惯量参数为状态量,设计扩展卡尔曼滤波器以估计各状态量。最后,进行不同场景的数值仿真验证。蒙特卡洛仿真结果表明,所设计的滤波器在不同噪声水平下能够高精度地有效估计出非合作目标的相对位姿和惯量参数。     

面向空间目标相对轨道确定的编队优化方法

针对提高空间目标相对轨道确定精度的问题，研究了在主航天器轨道运动受限时，通过设计和优化辅航天器相对轨道要素的航天器编队优化方法。首先，介绍了基于扩展卡尔曼滤波的双视线测量相对轨道确定方法；之后，通过研究双视线测量下的空间目标定位误差变化规律，得到了减小定位误差的角度条件；然后，通过分析该角度条件和辅航天器相对轨道要素的关系，设计并采用遗传算法优化了辅航天器相对轨道；最后，数学仿真结果表明，设计的编队可保证目标相对位置估计误差收敛，优化后的编队可使目标相对位置估计误差减小至0.3 km且不超过1.2 km。     

基于低通等效的带通PSWF脉冲产生方法

椭圆球面波函数不存在闭式解,带通 PSWF脉冲信号的实时求解产生限制了 PSWF的应用。针对这一问题,从带通信号低通等效的基本原理出发,分析了带通 PSWF脉冲信号的低通等效形式；在此基础上,反向运用低通等效原理,给出了一种带通 PSWF脉冲重构产生方法,并用 FPGA对该方法进行了设计实现。这一方法将带通 PSWF脉冲信号的产生转化为其低通等效形式的产生,可有效降低信号产生的复杂度,该方法引入了正余弦变换,建立了非正弦 PSWF脉冲产生与正余弦变换技术之间的联系,为 PSWF脉冲的工程应用奠定了基础。     

低复杂度雷达嵌入式通信波形设计方法

雷达嵌入式通信（REC）是一种利用射频（RF）标签或应答器生成通信信号，并以雷达后向散射回波信号为背景，将通信信号隐藏在雷达散射回波中的隐蔽通信方式。为了满足RF标签简单小巧便携的要求，提出了一种低复杂度的REC通信波形生成算法，可以大大减轻RF标签应答器的运算压力。此外，通过仿真分析，所提算法并没有以REC波形的可靠性能和低截获概率（LPI）性能为代价，相反通过调整波形参数可以大大降低截获接收机的处理增益，以此来增加REC波形的LPI性能。     

复杂水下环境下高精度SINS/USBL误差标定技术

针对SINS/USBL组合系统在导航与定位前需要对一体化样机进行精确标定的问题,对复杂水下声场环境下高精度SINS/USBL误差标定技术展开了研究,包括对安装误差角和空间杆臂误差的估计.基于标定模型的几何关系,推导了标定的状态方程和量测方程,并提出了新型的基于相对量测信息滤波估计的误差标定技术.为解决标定过程中由于存在声学野值而导致滤波估计性能下降的问题,通过高斯牛顿迭代将Huber M估计嵌入到变分贝叶斯框架中,推导了基于M估计的非线性鲁棒自适应标定算法,在精确校正后无需重复标定.仿真的结果验证了该方案的有效性、实用性和鲁棒性.     

编队星座星间相对状态测量的间接实现

研究利用编队卫星间伪距测量值 ,自主确定编队星座星间相对状态的有关问题。文中针对编队星座的卫星之间存在发射和接收天线不能相互覆盖的情况 ,提出了间接覆盖概念。并给出系统的数学模型 ,分析实现间接覆盖的方法并进行协方差分析。最后 ,对间接覆盖情况作了仿真 ,仿真结果证明间接覆盖在星间相对状态测量中的可行性     

温度场对空间光到单模光纤耦合效率影响分析

为提高空间光到单模光纤耦合效率的温度适应性,需要对聚焦透镜组和光纤的结构形式进行优化设计.基于热膨胀和光纤耦合理论,提出了一种前端法兰对称式结构,并针对两镜式聚焦透镜组,计算了温度场与焦点轴向位置、径向位置、光纤模场变化的关系,推导了耦合效率随温度变化公式.利用Abaqus有限元软件分析了前端法兰和底部两种结构形式温度场与焦点位置相对变化量,结果表明:相同温度变化,前端法兰对称式结构焦点径向相对变化量小、空间光到光纤耦合效率更高.该结构形式温度适应性高,为聚焦透镜组和光纤结构形式设计提供依据.     

特征点分段提取的时间序列模式匹配方法

常用的时间序列模式匹配方法难以平衡计算复杂度与匹配精度，针对该问题，提出了一种特征点分段提取的时间序列模式匹配方法。提取时间序列每个变量维度上的特征点，降低序列长度；将特征点序列转化为分位点矩阵，利用欧氏距离对分位点矩阵进行相似性度量；在几组时间序列数据集上对所提方法进行分类实验。结果表明：所提方法在降低计算复杂度的同时，获得了较高的匹配精度。     

基于单目视觉的非合作目标相对位姿测量

为实现对空间姿态翻滚航天器的在轨服务与维护以及对空间碎片的清理，需对其进行精确的相对位姿测量。针对相对位姿测量问题，提出了基于单目视觉与卡尔曼滤波的相对位姿测量方法。通过对特征点匹配算法进行调查，采用了具有尺度不变性与旋转不变性的尺度不变特征变换算法(SIFT)和加速稳健特征算法(SURF)的特征点提取方法，并对二者进行了对比，得到了二者分别适用的工况条件。通过对Kalman滤波算法进行研究，引入了相机偏置矩阵，设计了Kalman滤波器，解决了单目相机的距离模糊问题，估计得到了非合作目标的相对位姿、主惯量比以及特征点位置信息。经过仿真，姿态角度估计误差在稳定后低于0.3°，相对位置估计误差在稳定后低于0.5m，相较于真值，误差小于1.67%，主惯量比估计误差在稳定后低于0.01，特征点位置误差在稳定后低于0.005m。在引入相机偏置条件后，滤波状态变量均收敛，并得到具有足够精度的估计，成功解决了单目相机深度信息缺失问题。