利用GPS实现高轨卫星定位的抗远近效应算法

针对GPS应用于高轨卫星定位面临的远近效应问题, 提出利用正交相关的联合极大似然估计算法来对GPS信号进行二维搜索, 可以得到正确的码延时及多普勒估计. 极大似然估计算法首先利用滑行相关法对仿真信号中的强信号进行搜索, 得到强信号模型, 然后利用正交相关去掉强信号, 最终实现对弱信号的正确捕获. 本文对高轨卫星接收到的GPS信号进行了功率分析, 并建立了信号模型, 进行了算法仿真. 结果表明, 这种估计算法能够提高二维搜索性能, 有效解决远近效应问题.      

一种基于星表特征直线匹配的着陆器位姿估计算法

针对深空探测星际着陆过程中的自主导航问题,提出一种基于星表特征直线的着陆器位姿估计算法。该算法首先采用EDLine算法对着陆过程中所拍摄的图像进行特征直线提取;其次根据直线局部特征对特征直线进行匹配;之后利用至少3对已匹配的特征直线,建立关于着陆器位姿的几何约束方程;然后根据奇异值分解法得到着陆器位姿的候选解;最终通过最小二乘法从候选解中选取着陆器位置、姿态的唯一解。仿真结果表明:该算法可以快速估计着陆器位姿,且在高度为2 000 m时位置误差小于2 m、姿态误差小于0.10°。     

基于目标逃逸机动预估的空空导弹可发射区

为适应无人自主空战条件下对空空导弹火控解算的特殊需求,提出了基于目标机动预估的空空导弹可发射区问题。首先,基于导弹-目标追逃对抗策略,设计了目标机动预估模型,根据导弹与目标的相对方位信息,实现对目标逃逸机动方式的预估;然后,基于多种实际约束,构建了导弹运动动力学模型;最后,设计了基于黄金分割搜索算法的可发射区边界求解策略,实现对可发射区边界值的快速精确搜索。仿真结果表明,空空导弹对初始位置位于所提出的基于目标机动预估的可发射区内的目标,具有更大的命中概率;该可发射区更加适应近距空战中目标逃逸机动的剧烈态势变化,有利于导弹战术使用性能的充分发挥。      

Autonomous space target tracking through state estimation techniques via ground-based passive optical telescope

The presence of operational satellites or small-body space debris is a challenge for autonomous ground-based space object observation. Although most space objects exceeding 10?cm in diameter have been cataloged, the position of each space object (based on six orbital parameters) remains important and should be updated periodically, as the Earth’s orbital perturbations cause disturbances. Modern ground-based passive optical telescopes equipped with complementary metal-oxide semiconductors have become widely used in astrometry engineering, being combined with image processing techniques for target signal enhancement. However, the detection and tracking performance of this equipment when employed with image processing techniques primarily depends on the size and brightness of the space target, which appears on the monitor screen under variable background interference conditions. A small and dim target has a highly sensitive tracking error compared to a bright target. Moreover, most image processing techniques for target signal enhancement require large computational power and memory; therefore, automatic tracking of a space target is difficult. The present work investigates autonomous space target detection and tracking to achieve high-sensitivity detection and improved tracking ability for non-Gaussian and dynamic backgrounds with a simple system mechanism and computational efficiency. We develop an improved particle filter (PF) using the ensemble Kalman filter (KF) for track-before-detect (TBD) frameworks, by modifying and optimizing the computational formula for our non-linear measurement function. We call this extended version the “ensemble Kalman PF-TBD (EnKPF-TBD).” Three sequential astronomical image datasets taken by the Asia-Pacific Ground-Based Optical Space Objects Observation System (APOSOS) telescope under different conditions are used to evaluate three proposed TBD baseline frameworks. Given an optimal random sample size, the EnKPF-TBD exhibits superior performance to PF-TBD and threshold-based unscented KF with two-dimensional peak search (2dPS). The EnKPF-TBD scheme achieves satisfactory performance for all variable background interference conditions, especially for a small and dim space target, in terms of tracking accuracy and computational efficiency.     

非高斯杂波背景中距离扩展目标的盲积累检测器

在采用球不变随机向量(SIRV)建模的非高斯杂波背景下,研究了导向矢量失配或未知时距离扩展目标的检测问题。先假设导向矢量已知,采用广义似然比检验(GLRT)得到每个距离单元的归一化匹配滤波器(NMF)统计量,再将多个距离单元的统计量进行非相干积累得到扩展目标的NMF积累检测器(NMFI),然后通过最大化检测统计量的方法,结合特征值分解技术,对导向矢量进行估计,提出了距离扩展目标的盲NMFI(B-NMFI)。仿真分析表明:当导向矢量失配时,NMFI的检测性能优于GLRT;当导向矢量未知时,B-NMFI能有效地检测目标,并且对不同方位的目标具有很好的鲁棒性。     

弹道中段目标质心位置估计

 质心在目标上的位置是弹道中段目标的重要进动特征,也是目标的质量分布特征,可用于识别弹头和诱饵.针对旋转对称目标,提出了基于窄带雷达回波相位特性的质心位置估计方法.首先,选取目标对称轴上的任意点作为质心位置参考点,定义相应的质心位置参数,并构造以该点为相位参考中心的全姿态散射系数模板;然后,对窄带雷达回波采样序列进行相位匹配变换,搜索匹配函数的最大值,从而得到质心位置参数的估计值.仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于周期LFM本振的同步Nyquist折叠接收机 多分量信号参数估计算法

 Nyquist折叠接收机(NYFR)为一种新型侦察接收机结构,可利用单/双片模数转换器(ADC)同时完成多Nyquist区域内的宽频段信号采集。本文对NYFR结构进行了改进,提出了多分量信号的参数估计算法。首先,引入了同步结构,对NYFR进行了改进,得到了同步NYFR(SNYFR);其次,以本振为周期性线性调频(LFM)为例,分析了多分量信号的输出结果;然后,提出了去斜函数(DF)以用于检测信号的Nyquist区域;最终,根据区域信息完成了信号的各参数估计。计算量分析与仿真表明,所提算法计算量小且在信噪比(SNR)优于-9 dB时性能已接近克拉美-罗(CRLB)下限。     

Markov随机跳变系统的传感器系统误差估计

 针对Markov随机跳变系统的系统误差估计问题,提出一种基于马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)和最大似然估计相结合的在线系统误差估计方法。利用最大似然估计给出系统误差等效后验概率分布函数,采用Metropolis-Hastings抽样方法从该概率分布函数中进行抽样;利用系统误差估计和状态估计互为因果的关系,采用期望极大化(EM)方法迭代估计出最优的系统误差;分别对时变和时不变系统误差场景进行仿真分析,结果表明,在考虑系统误差统计特性的同时,所提方法对解决目标运动模型难以建立情况下的系统误差估计问题具有可行性和有效性。     

基于星历和回波的分布式卫星SAR系统沿航迹基线计算方法

针对分布式卫星SAR系统中混合基线和雷达斜视导致沿航迹基线难以精确计算的问题,提出了一种基于星历和回波数据的沿航迹基线计算方法。在将分布式卫星航迹补偿为平行航迹的基础上,建立了存在混合基线及雷达斜视条件下的观测几何模型,推导了沿航迹基线的计算公式。根据雷达回波数据估计多普勒中心频率,并由此得到计算沿航迹基线所需的斜视角。在空间基线较长、斜视角较大条件下,该方法相比近似计算方式而言,能获得高精度的沿航迹基线估计。仿真结果表明,用该方法计算得到的沿航迹基线长度作为测速定位的基线参数,可以获得高精度的动目标测速定位结果。
     

基于改进瞬时频率的PSK信号脉内特征提取

针对瞬时频率法提取相位编码信号脉内特征参数易受噪声影响的问题,提出了一种综合对称相关函数与瞬时频率法的新处理方法。利用信号的对称相关函数抑制噪声,对信号的瞬时自相关相位进行无模糊重构获得信号的瞬时频率,根据瞬时频率特征提取脉内特征参数。仿真结果验证了该方法的有效性。