基于Sigma点卡尔曼滤波的天基红外低轨卫星目标跟踪

临近空间高超声速飞行器的飞行速度很高,采用一般的探测手段难以对其进行跟踪,文中采用天基红外低轨卫星对其进行跟踪,建立了适当的目标运动模型和观测模型,分析研究了Sigma点卡尔曼滤波(SPKF)算法,与EKF算法相比,对非线性系统的估计具有较高的精度,且不需要求解复杂的雅克比矩阵。提出了将基于Sigma点卡尔曼滤波的交互式多模型(SPKF-IMM)算法用于天基红外低轨卫星对空间目标跟踪。利用三维空间的机动目标对算法进行了仿真分析,仿真结果表明:该算法具有较好的跟踪性能,进一步验证了SPKF-IMM算法的有效性。     

临近空间红外探测像面照度建模与仿真

低空突防目标飞行高度低、时间短,对其进行有效的探测一直是研究的重点和难题。以2.7 m、4.3 m作为探测系统的中心波长,建立了临近空间红外探测像面照度模型。模拟SBIRS天基红外系统和临近空间探测系统,仿真典型目标弹道,考虑大气影响,得到主动段、被动段红外辐射分别在SBIRS预警卫星和临近空间平台的像面照度及目标背景调制对比度。仿真结果表明:对于低空突防目标,临近空间平台较SBIRS拥有更高的信号对比度及更长的探测时间。在被动段,以4.3 m为探测中心波长探测效果好于2.7 m。     

临近空间高超声速目标跟踪技术及展望

临近空间高超声速目标对空间防御系统和跟踪技术提出了挑战。文中简要介绍了临近空间高超声速目标的特点;从跟踪算法和目标探测技术两个方面概述了当前临近空间高超声速目标跟踪技术的研究现状;从滤波算法、目标运动模型、目标探测系统和信号处理方法等方面分析了临近空间高超声速目标跟踪技术的发展趋势,提出了一些思考及可行性建议。     

红外卫星对通用高超滑翔导弹的可探测性分析

随着临近空间高超声速技术的迅猛发展和临近空间高超声速导弹的装备使用,新的军事威胁已成为现实。由于临近空间高超声速导弹飞行弹道低且具有机动飞行的特点,需要对它进行实时探测跟踪才有可能对其飞行弹道进行预测。受地球曲率等因素的影响,地面雷达系统对临近空间高超声速导弹的探测距离有限,且组网探测对雷达数量需求庞大,因此卫星探测是一种较好的手段。对美国当前大力发展的海陆军通用型高超声速滑翔体(Common Hypersonic Glide Body, C-HGB)的红外辐射特性进行了初步分析,并结合高轨红外预警卫星的探测能力,初步分析了预警卫星对处于滑翔飞行阶段的C-HGB的可探测性。结果表明,当前的高轨红外预警卫星难以实现对处于滑翔段的C-HGB的探测,所以需要改进卫星红外探测系统或者组建低轨卫星星座。     

海面目标天基红外探测概率研究与分析

天基红外成像侦察有着常规空基、地基、海基军事侦察手段无法比拟的空间优势,业已成为世界上各大军事强国重点发展的一项重要的军事侦察技术。首先,从海面目标的天基红外探测条件出发,推导出极限探测条件下的阈值信噪比和目标等效条带数的数学表达式。然后,以此为基础得出海面目标天基红外探测的探测概率公式。最后,分析了噪声等效温差、探测器瞬时视场、卫星轨道高度、目标与背景的零视距的实际等效温差、目标临界尺度以及大气透射率对天基红外目标探测概率的影响。研究表明对于大温差、大尺度的海面目标,天基红外探测的探测概率相对较高,但在大气透射状况一般时,要通过天基红外观测平台探测小温差、小尺度海面目标较为困难。研究结果对天基红外探测器的研制与设计具有一定的借鉴意义。     

临近空间目标探测分析

2010年美国在临近空间高超声速平台和武器研究领域获得了"里程碑"式的发展,高超声速飞行器具有突出的快速反应能力,使得"全球到达,全球作战"的作战理念成为可能。临近空间目标的出现对雷达预警探测系统的预警能力提出了挑战。文中在分析临近空间目标特征的基础上,研究了对临近空间目标预警探测的难点。     

STSS对弹道目标探测的仿真分析

美国天基红外系统(SBIRS)是现阶段最完整且最先进的天基预警系统,是为了满足空间红外监视需求设计的全球卫星系统,其还在不断的发展完善当中。重点研究SBIRS系统中的低轨卫星系统——STSS,借助STK工具,具体针对其系统组成和工作方式进行分析,并对弹道目标的探测能力进行了仿真分析。仿真结果表明对地扫描利于助推段探测预警,临边扫描利于对自由段探测跟踪。因此,STSS常态的工作模式是对地扫描,在目标引导信息的指示下,转入指向指定空域的临边工作模式。     

红外探测器对高超声速飞行器的作用距离分析

为了对临近空间高超声速飞行器进行有效探测预警,计算天基红外探测器的作用距离。首先分析不同的对比度的区别,根据探测几何关系,考虑到目标、背景到探测器之间的大气透过率差异、路径辐射的影响,构建了基于表观对比度的作用距离模型,给出了逐步逼近的求解流程,同时指出模型中的参数仅是波长的函数,与探测距离无关。然后根据实际的飞行器和海洋背景,对天基红外探测器的作用距离进行仿真计算,仿真指出,侧视探测方向下可以取的最大的作用距离;相同速度和探测方向下,中波波段的作用距离均高于长波波段;随着飞行速度的增加,中波波段作用距离的增加量要大于长波波段。     

临近空间高超声速导弹红外特性研究

研究临近空间高超声速导弹的红外辐射特性,对于反临近空间武器系统侦察监视临近空间目标具有重要意义。通过对临近空间高超声速导弹X-51A试验飞行过程的研究,深入分析了高超声速导弹的红外辐射特征,并建立其红外辐射模型。以导弹蒙皮、发动机及尾喷焰作为高超声速导弹的主要红外辐射源,以X-51A试验飞行器为参考,计算临近空间高超声速导弹在3~5μm和8~14μm波段在不同方向上的红外辐射强度,并针对计算结果进行了分析。     

天基红外动目标检测系统的仿真和评估

为了更有效评估红外探测系统的性能,评估系统的成像质量,根据动目标序列图像的检测原理,结合建模仿真技术,设计并开发了基于Matlab平台的天基红外动目标检测仿真系统,进行了实验仿真。该仿真系统以红外探测成像系统的图像作为输入,对图像进行灰度算法和信噪比分析,反映红外探测系统的成像质量,实现单帧检测以及多帧关联检测,输出检测率、虚警率和目标运动轨迹,并能够对检测算法进行评价。通过探测波段和空间分辨率的研究对天基红外探测系统的谱段选择、空间分辨率的设计有较强的工程应用指导价值。     

雷达探测临近空间高超声速目标关键技术研究

随着临空高超武器陆续取得技术突破和试验成功,其对探测感知和系统防御带来的挑战也逐渐由概念设想转变为重大现实威胁。本文从临空高超目标轨道特性、运动特性、电磁散射特性对雷达探测带来的技术挑战出发,分析雷达探测临空高超目标需解决的关键技术问题,提出在临空高超目标的高速、大机动、等离子鞘套带来的目标检测、跟踪、鞘套目标识别等问题的技术解决路径。以体系化作战为核心,分析提出反临探测体系需重点解决覆盖性、时效性和协同性等关键问题,探索构建探测-跟踪-打击链闭环的探测体系需求和技术路径。     

上升段高超声速目标预警系统需求分析

为了应对日益增长的临近空间高超声速目标（Near Space Hypersonic Target,NSHT）威胁,急需建立相应的NSHT预警系统。从NSHT的特点出发分析防御上升段NSHT的优势及挑战,然后建立空基拦截模型,在充分考虑拦截武器杀伤距离、机动过载、飞行速度的限制下,分析上升段拦截NSHT对预警系统的需求。     

激光干扰红外预警卫星的有效压制区研究

激光干扰是未来对抗红外预警卫星的理想手段,为辅助指挥员分析和制定激光器的部署方案,提出了激光干扰红外预警卫星的有效压制区指标。首先分析了红外预警卫星的预警探测原理和激光干扰红外预警卫星的作用机理;其次建立了红外预警卫星在无干扰及受干扰条件下的最大探测距离模型,并研究了SBIRS GEO卫星的最大探测距离;最后定义了激光干扰红外预警卫星的有效压制区指标,给出了计算方法,实例研究了激光干扰对SBIRS GEO扫描型和凝视型探测器的有效压制区,结果显示:只要输出功率足够强,对于扫描型探测器,一部激光器能够掩护我国全境,而对于凝视型探测器,则需要多部激光器协作配合才能实现对导弹上升段的全程掩护。     

采用前置栅网滤波的天基红外成像点目标探测技术

天基红外成像预警大多属于点目标探测,如何在复杂背景及随机点噪声条件下实现点目标的有效探测和跟踪是天基红外预警技术重点研究内容。研究了新型前置栅网滤波热成像理论,分析了基于前置栅网滤波形成特定衍射斑对天基红外成像点目标探测的影响,利用Matlab对栅网的滤波效果进行了模拟仿真,所得仿真图像与实验图像的衍射强度分布具有较好的一致性;并在相同点目标能量条件下,对点目标及其前置栅网滤波衍射图案进行了人眼视觉探测实验,初步分析表明了其对于点目标探测和跟踪的有效性,为进一步研究和发展高性能的天基红外成像技术提供了一种新途径。     

临近空间高超声速目标预警探测若干研究进展

防御方进行临近空间高超声速目标预警探测基础研究和工程研制需要对该领域形成系统全面的认识。为此详细总结与分析该领域最新研究进展：围绕该类目标的预警探测问题,在简要介绍目标类型及特点的基础上,从目标特性、预警装备体系构建与运用和预警探测关键技术等3个方面对国内外的研究进展情况进行归纳梳理。分析总结结果表明,该领域当前研究存在试验验证少、定性讨论多、体系运用探讨不足等问题,防御方需要据此开展针对性的研究。     

平流层飞艇载综合脉冲孔径雷达系统研究

常规战术预警系统主要用于对空探测,战略预警系统主要用于对天探测,空、天之间的临近空间探测几乎处于空白状态。为了解决临近空间目标探测问题,提出以平流层飞艇为平台将综合脉冲孔径雷达(SIAR)升空,建设平流层飞艇载综合脉冲孔径雷达系统。分析了综合脉冲孔径雷达升空的优势,进行了初步的系统设计。计算与仿真表明,平流层飞艇载综合脉冲孔径雷达系统不仅可以完成临近空间目标探测任务,而且还具有很好的低空、超低空目标探测能力。     

类HTV-2高超声速滑翔飞行器的本体光辐射特性分析

第二代"猎鹰"高超声速技术飞行器(Falcon Hypersonic Technology Vehicle 2,HTV-2)长时间在大气层中飞行时,气动热是导致本体光辐射特性的主要原因。气动热预测和复杂结构传热温度求解是本体光辐射特性研究的关键。基于类HTV-2高超声速滑翔飞行器的结构以及飞行弹道特点,建立了适用于高超声速滑翔飞行器的气动热、三维有限元传热和本体光辐射耦合计算方法。在算法验证的基础上,通过计算获得了类HTV-2高超声速滑翔飞行器沿假定弹道飞行的本体光辐射特性。结果表明,红外探测器从地面70°方向观测的辐射强度大于从天上-70°方向观测的辐射强度;中波3~5μm光辐射强度明显大于长波8~12μm和短波0.4~0.7μm,因此选择3~5μm波段更有利于对类HTV-2高超声速滑翔飞行器进行探测。     

临空高超飞行器雷达探测问题分析

针对带等离子体鞘套的临空高超飞行器预警探测问题,文中从轨道特性、等离子体鞘套分布特性、实测数据分析等方面深入分析了临空高超飞行器研究现状。文中从等离子体鞘套目标雷达探测方法、等离子体鞘套的分布特性和动态特性、电磁波在等离子体中的传播特性三个方面探索临空高超飞行器预警探测问题的解决思路。相关结果可为临空高超飞行器雷达探测系统设计提供参考。     

空间太赫兹信息技术展望

太赫兹技术的飞速进步已经展现出对空间信息领域的积极影响.介绍了太赫兹波的特性及其现有的应用,展望了太赫兹技术在空间信息领域的应用前景,具体分析了太赫兹频段在空间信息获取和空间信息传输两个领域的技术优势.目前,空间科学观测已扩展至太赫兹频段,太赫兹频段雷达可提供高分辨率的着陆场图像及优秀的探测预警性能,太赫兹频段链路可用于航天器集群间通信、航天器内部高速无线通信,并有望成为有效突破等离子体黑障的测控通信手段.