天基红外系统对滑翔式高超目标探测性能分析

目前试飞成功的临近空间高超目标已经成为潜在威胁,对临近空间高超目标的预警探测成为新的研究方向。美国天基红外系统(SBIRS)是现阶段最完整最先进的天基预警系统。本文分析了助推滑翔式高超目标HTV-2的目标特性,以天基红外系统为研究对象,分析了其对高超目标全程探测性能,包括探测模式、探测覆盖性以及探测能力。     

天基红外低轨卫星自由段弹道估计方法研究

主要分析了天基红外低轨卫星星载传感器对导弹自由段的弹道估计问题,它是下一代空间预警系统的关键技术之一.建立了天基红外低轨卫星的测量模型和弹道导弹自由段运动模型,根据测量模型的非线性,利用改进的Gauss-Newton方法,解决了弹道的最大似然估计问题,并利用Monte-Carlo仿真实验验证估计算法的有效性,且对估计误差进行了分析.     

基于IMMCKF的机动目标跟踪算法

针对非线性机动目标跟踪中滤波器易发散、跟踪精度低等问题,将容积卡尔曼滤波器(CKF)引入到交互式多模型算法(IMM)中,设计了交互式多模型容积卡尔曼滤波算法(IMMCKF)。该算法采用Markov过程描述多个目标模型间的切换,利用CKF滤波器对每个模型进行滤波,将各滤波器状态输出的概率加权融合作为IMMCKF的输出。仿真结果表明,与IMMUKF算法相比,IMMCKF算法跟踪精度更高,模型切换速度更快,计算量更小,该算法具有重要的工程应用价值。     

红外搜索跟踪系统对机动目标的跟踪算法研究

红外搜索跟踪系统(IRST)只能得到目标的角度,目标的精确三维运动方程难以建立,因此对机动目标进行跟踪尤为困难.提出了适合红外搜索跟踪系统的纯角度交互式多模型(IMM)定向跟踪算法,并和基于单一模型的卡尔曼滤波做了仿真对比,仿真结果表明了所提出的算法较卡尔曼滤波在性能上有很大提高,能够很好地跟踪机动目标.     

天基红外传感器弹道导弹中段目标识别技术分析

分析了美国天基跟踪与监视系统(STSS)对弹道导弹目标的红外探测能力,在此基础上分析了基于天基红外传感器的弹道中段目标红外识别方法,论述了中段目标温度、平均温度变化率、谱分布、姿态运动和辐射方向图等特征提取方法,提出了中段目标光学多传感器融合识别策略,给出了一些仿真计算结果.     

基于IMM-UKF的机动目标跟踪方法

针对目标运动模式的不确定性和运动模型的非线性问题,提出基于无味卡尔曼滤波器的交互式多模型方法。该算法采用匀速运动模型、匀加速运动模型、已知转弯角速度的匀速率转弯模型和“当前”统计模型作为模型集,用无味卡尔曼滤波实现非线性状态估计。仿真结果表明,该算法比传统的交互式多模型算法具有更高的跟踪性能。     

低轨红外探测卫星对大气层内高动态目标的探测能力研究

对大气背景进行了分析,并经计算得到了不同俯仰角下的大气辐射强度和大气透过率;通过分析大气层内高动态目标的辐射原理,给出了高温气体影响下的目标红外特性的计算模型,并给出了不同波段的目标红外辐射强度的计算结果;根据计算公式得到了信杂比和探测距离,并对其进行了分析,最后得出了探测能力有限的结论.     

基于可观性分析的高精度空间目标跟踪方法

针对传统空间目标跟踪精度不高的问题,提出一种基于可观性分析的高精度空间目标跟踪方法。首先,基于Fisher信息矩阵法定义了一种新型可观性指标,并以空间目标跟踪为背景,针对采用天基雷达,天基红外或地基雷达所得到的不同量测模型系统分别给出了可观性指标值,并选出一种可观性指标值最大的空间目标量测模型。接着,基于无迹卡尔曼滤波和选择的量测模型,实现高精度的空间目标跟踪。相对于仅天基红外,天基红外与天基雷达相结合两种方案,仅天基雷达的空间目标跟踪测量方案具有较大的可观测性指标,进而具有较高目标跟踪精度。最后,数值仿真验证了该方法的有效性。     

基于Hough变换的红外序列图像点目标跟踪方法

针对红外序列图像中点目标成像质量较差、跟踪困难等问题,利用Hough变换算法的抗噪性,并根据测量图像的具体特点,对算法的计算量进行了优化.通过将三维空间Hough变换降为二维,提出了一种基于Hough变换的红外序列图像点目标跟踪方法.实验结果表明,该方法对部分缺损及大小变化的目标都能够实现稳定跟踪,提高了红外目标跟踪的...     

天基红外系统的探测与跟踪能力研究

研究了典型助推器发动机尾焰的红外辐射和传输特性,分析了天基红外系统的探测能力。针对典型的助推飞行模式建立了轨迹跟踪与预估模型,给出了天基红外系统的跟踪与预估能力分析结果。     

天基红外卫星协同预警临空高速目标配置优化

围绕天基红外卫星协同预警临空高速目标配置问题,考虑临空高速目标预警的任务需求和不同轨道卫星的覆盖特性,建立了GEO、HEO和LEO红外预警卫星的配置优化模型。在给定的威胁想定和传感器参数设置下,经仿真求解,构型为“5GEO+3HEO+24/4/2LEO”的天基红外预警卫星星座可满足临空高速目标防御对天基预警系统的预警需求。     

基于改进Mean-Shift 算法的红外小目标跟踪

复杂背景下的红外小目标跟踪在目标跟踪领域一直是重要的研究方向。由于小目标体量小、 机动性大,而红外图像大多受到严重的背景噪声和热噪声影响,使得针对红外小目标的跟踪大多出错率高,鲁棒性不强。针对红外小目标的跟踪,提出了一种改进的Mean-Shift 算法。结合图像的统计特性,提出了一种自适应非线性算法对图像进行处理;同时融合了图像的梯度直方图对目标进行描述。实验通过对高强度噪声和高遮挡环境下视频目标进行跟踪,比较了传统Mean-Shift 算法和改进后算法的跟踪效果,结果显示文中提出的改进算法不但可以有效地跟踪目标,而且大幅降低了跟踪窗口与目标之间的相对抖动,增强了跟踪算法的鲁棒性。     

Doppler characterization for LEO satellites

Mobile ground-based terminals observe significant Doppler on the forward channel when communicating through low Earth orbit (LEO) satellites. This paper deals with the analytic derivation of the Doppler shift measured by a user on the surface of Earth on a signal transmitted by a circular orbit LEO satellite. Two simplifications are performed to obtain the analytical expression of the Doppler shift as a function of time. First, during the visibility duration of the satellite at a terminal, the trajectory of the satellite with respect to the Earth is approximated by a great circle arc. Second, the angular velocity of the satellite with respect to the user is assumed to be constant. Numerical results validate the approximations. Another result of our analysis is an expression for the visibility window duration of a satellite at a terminal as a function of the maximum elevation angle. An algorithm for estimating the parameters of the Doppler curve based on a couple of Doppler and Doppler-rate measurements is also presented     

基于IRSRCKF高超声速目标跟踪

以临近空间高超声速目标作为研究对象,提出一种迭代简化平方根容积卡尔曼滤波算法(IRSRCKF)。该算法以平方根容积卡尔曼滤波算法(SRCKF)为理论框架,针对SRCKF算法对于系统的状态方程为线性时需用容积点进行加权求和的缺点,对SRCKF算法的时间更新环节线性简化,提高了实时性;结合迭代运算的思想,充分利用量测信息,对量测更新过程进行迭代运算,提高了跟踪精确度。仿真验证结果表明,该算法具有较高的精确性和有效性,为临近空间高超声速目标的跟踪提供了一种新方法。     

基于低轨卫星的北斗反射事件仿真分析

导航卫星反射事件的空间分布和数量是星载反射信号应用的综合评估指标之一,北斗系统作为我国独立研发的导航系统,与其他系统相比,其反射事件的空间分布和数量具有独特性.针对上述问题,通过研究北斗系统空间星座的特征,模拟生成了完整的北斗系统空间星座,给出了反射事件空间分布和数量的分析步骤,利用导航卫星反射信号的基本几何关系推导了镜面反射点存在性判决条件.从机理上分析了北斗反射事件的影响因素,在此基础上仿真分析了低轨卫星轨道高度、倾角、升交点赤经以及近地点角距对北斗系统同步地球轨道、倾斜地球轨道和中地球轨道卫星反射事件空间分布和数量的影响.结果表明:低轨卫星高度、升交点赤经只影响北斗反射事件数量,而不影响分布,轨道倾角对数量和分布都有显著影响,轨道近地点角距无显著影响.最后,总结给出了对地观测需合理设计低轨卫星轨道参数的指导性结论.     

基于低轨卫星的北斗反射事件仿真分析

导航卫星反射事件的空间分布和数量是星载反射信号应用的综合评估指标之一, 北斗系统作为我国独立研发的导航系统, 与其他系统相比, 其反射事件的空间分布和数量具有独特性.针对上述问题, 通过研究北斗系统空间星座的特征, 模拟生成了完整的北斗系统空间星座, 给出了反射事件空间分布和数量的分析步骤, 利用导航卫星反射信号的基本几何关系推导了镜面反射点存在性判决条件.从机理上分析了北斗反射事件的影响因素, 在此基础上仿真分析了低轨卫星轨道高度、倾角、升交点赤经以及近地点角距对北斗系统同步地球轨道、倾斜地球轨道和中地球轨道卫星反射事件空间分布和数量的影响.结果表明:低轨卫星高度、升交点赤经只影响北斗反射事件数量, 而不影响分布, 轨道倾角对数量和分布都有显著影响, 轨道近地点角距无显著影响.最后, 总结给出了对地观测需合理设计低轨卫星轨道参数的指导性结论.       

基于粒子滤波的红外焦平面阵列非均匀校正算法

空间固定图案噪声严重影响红外探测系统的成像质量,并且还会随着外界环境的变化而缓慢漂移.卡尔曼滤波算法可以解决这个问题,但会受到线性高斯模型的限制.提出了一种利用粒子滤波跟踪噪声漂移,进而实现非均匀校正的算法.首先使用粒子采样噪声参数可能的取值状态,然后通过状态空间模型对这些粒子进行预测和更新,最后把粒子状态的加权平均值作为对噪声参数的估计.该算法是对卡尔曼滤波算法的扩展,不受任何模型条件的限制,因此,能够实现对不同情况噪声漂移的有效跟踪.实验结果表明:经此算法校正后的图像的峰值信噪比平均都在37 dB以上,而经卡尔曼滤波算法校正后的图像却只有28 dB.     

基于仿真场景的天基红外探测系统性能评估

利用仿真生成的二维辐射场景数据,提出了一种探测系统性能的评估分析方法,建立了美国天基红外高轨探测系统(SBIRS-H)总体指标与探测性能的关系。该方法以统计的杂波等效目标定量描述了场景杂波大小,并利用信杂比综合表征探测性能,反映出不同系统参数下的探测性能变化规律,可应用在红外探测系统方案分析、设计与评估阶段。     

天基监视中的双星相对运动模型研究

以天基监视为背景,依据几何学原理和矢量计算工具,主要研究了双星相对运动模型。一方面,突破力学求解方式,采用一种区别于传统轨道根数的卫星轨道生成规则,可清晰直观地描述卫星轨道;另一方面,结合光电跟踪系统,研究了双星运动过程中的相对方向变化。通过对异面太阳同步圆轨和共面地球同步圆轨双星相对运动模型的仿真计算,获得了卫星轨道、相对距离、方位角、俯仰角、方位角速率、俯仰角速率的变化结果,分析结果证明了此方法的合理性,可为天基监视中的工作区域选择、卫星轨道设计、监视系统设计和捕获跟踪瞄准控制系统设计等物理问题和关键技术提供定性和半定量参考。     

基于张量滤波器的多波段红外目标辨识

红外多光谱成像在面对红外干扰和红外隐身时具有全色红外成像手段无法比拟的优势,通过目标在不同波段响应的差异,能有效地克服干扰和检测隐身目标.但传统基于向量的方法在处理多波段图像时没有有效地利用光谱和空间之间的相关性,通过在张量框架下设计辨识方法时,可以综合利用多光谱图像的光谱和空间特性.在设计张量辨识方法时,多光谱图像被...