天基照相机监测空间目标定轨方法及精度分析

考虑天基照相机观测中小尺寸空间目标时具有能耗低、精度高以及易于小型化实现等优势,研究了利用天基照相机监测空间目标的轨道确定和可观测性计算方法.分析了太阳同步轨道作为天基监视轨道的优点,结合目前国外的几种天基卫星轨道类型,设计了天基卫星轨道,在此基础上仿真分析了对不同轨道类型空间目标的可见观测弧段.根据目前地基光学观测设备的测轨精度和轨道动力学模型误差,添加了不同的测轨系统误差、随机误差及一定的动力学模型误差,仿真分析了对不同轨道高度空间目标的定轨精度.分析结果表明,采用6天7分钟/两天的天基光学测轨数据对近地轨道的空间目标定轨时,若测轨精度优于30″,动力学模型误差小于50％,则定轨精度与美国编目轨道(TLE)精度相当.采用10分钟/天的天基光学测轨数据对地球同步轨道上的空间目标定轨时,若测轨精度优于10″,动力学模型误差小于50％,则定轨精度在美国编目轨道精度范围内.     

基于星载光电成像跟踪测距的空间目标定轨

以获得空间未知目标的轨迹运动信息为目的,研究了一种基于星载光电成像跟踪测距方式的空间目标定轨技术。该技术从测量学角度出发,利用星载光学测量系统获得目标的相对运动信息,利用角度传感测量系统获得卫星的姿态角变化和跟踪架的角随动信息,最后通过坐标变换解算出目标在地球惯性坐标系中的绝对运动信息。文中依次从物理模型、坐标体系、基本原理等方面对该项技术进行了描述和推导,获得了目标在地球坐标系下的状态方程和观测方程。最后,在对天基监视卫星轨道模型、星载光电跟踪控制模型、目标特性及光学成像测距模型进行分析后,建立了具体的数学模型,并对计算结果进行了分析讨论。得到的结果显示理想模型的目标轨迹测量精度优于0.5km。     

基于轨道根数的低轨卫星轨道预测算法

光电设备因太阳夹角变化、轨道遮挡等原因无法对卫星进行自动跟踪时,需要对卫星轨道进行预测。本文针对利用卫星轨道根数进行轨道预报时难以同时满足实时性和精度要求的问题,提出了一种新的基于轨道根数的卫星轨道预测方法。分析了卫星轨道的运行规律,根据低轨卫星的运行特点,利用椭圆曲线对卫星轨道进行预测,并对卫星轨道的轨道方程进行了近似处理。通过引入一些冗余变量简化了卫星轨道解算模型,在保证计算实时性的前提下,大大提高了轨道预测精度。实验显示:采用线性外推方法对卫星轨道进行预测时,预测5s后,轨道预测的偏差会增大到10″,而采用本文提出的基于轨道根数的卫星轨道预测算法,预测50s后的最大预测偏差均不超过2″,极大地提高了卫星轨道预测精度,实现了光电设备在无法对卫星进行自动跟踪时,能够对卫星进行"盲跟踪"。     

空间光学遥感器轨道外热流的模拟

通过热平衡试验,探索飞行器及其组件特别是关键光学组件受空间高真空和超低温环境作用的热效应规律、验证其热设计的正确性、修正热分析模型以及考核热控系统维持各组件和整个系统在规定工作温度范围内的能力,其中非常重要的一项任务在于采用合理的模拟方法和适宜的加热装置来模拟其轨道外热流的等效作用.针对其结构、表面特性、外热流分布的特点和热平衡试验的要求,叙述了一种轨道外热流的红外模拟方法和工程算法,着重提出了空间光学遥感器外露光学组件轨道外热流的模拟方法及其装置.借助计算机软件,在验证和修正的基础上,确定模拟装置的红外加热片的参数.研究结果提供了一种模拟飞行器组件、空间光学遥感器光学组件外热流的途径.     

空间光学遥感器轨道外热流的计算与软件设计

简述了采用离散平面假设,计算空间光学遥感器的太阳辐射、地球红外辐射及地球阳光反照角系数和轨道外热流的方法。结合空间工程的结构、轨道参数和工况要求,设计开发了其实用计算软件以及与PATRAN软件进行数据传递的接口软件。该方法和软件已在实际工程的热分析计算中得到应用,适用于空间飞行器轨道外热流的计算。     

空间光学遥感器轨道外热流的计算与软件设计

简述了采用离散平面假设,计算空间光学遥感器的太阳辐射、地球红外辐射及地球阳光反照角系数和轨道外热流的方法.结合空间工程的结构、轨道参数和工况要求,设计开发了其实用计算软件以及与PATRAN软件进行数据传递的接口软件.该方法和软件已在实际工程的热分析计算中得到应用,适用于空间飞行器轨道外热流的计算.     

基于虚拟流水的船舶曲面分段建造空间调度方法

针对具有时空耦合特性的船舶曲面分段生产调度问题,提出以充分利用场地资源为目标的基于虚拟流水生产方式的空间调度方法,建立了曲面分段生产调度流程。通过分析曲面分段具有不规则外形轮廓、空间和时间双重占用以及虚拟流水生产方式的特点,建立了曲面分段空间调度的总体框架。提出虚拟流水生产方式与空间调度相结合的调度方法,形成了分段生产顺序与空间调度过程相互衔接的机制,解决了曲面分段空间调度过程中分段建造顺序的问题;提出碰撞检测算法与优化规则筛选相结合的曲面分段空间布局方法,解决了不规则轮廓的曲面分段空间排布问题;提出基于虚拟流水生产的人力资源分配方法,实现了资源围绕固定工位的流转生产。通过应用曲面调度实例对以上关键技术进行了验证。     

基于空间姿态的轨行式起重机防碰撞算法

针对多台轨行式起重机在并行作业时可能发生的碰撞问题,提出了一种基于空间姿态的起重机群防碰撞算法。建立起重机的简化模型,根据传感器实时测得的起重机各参数信息,确定任意时刻其各自的空间姿态。计算各起重机之间的最短距离,并与防碰撞预警距离比较,来实现危险预警。仿真结果验证了该算法的可行性和正确性。     

基于空间姿态的轨行式起重机防碰撞算法

针对多台轨行式起重机在并行作业时可能发生的碰撞问题,提出了一种基于空间姿态的起重机群防碰撞算法。建立起重机的简化模型,根据传感器实时测得的起重机各参数信息,确定任意时刻其各自的空间姿态。计算各起重机之间的最短距离,并与防碰撞预警距离比较,来实现危险预警。仿真结果验证了该算法的可行性和正确性。     

基于位置预测的多级假设检验空间目标检测方法

空间目标检测是空间目标监测的关键。针对低信噪比情况下的空间弱小目标检测准确率低及虚警率高的问题,提出了一种基于位置预测的多级假设检验空间目标检测方法。首先,对图像进行预处理,去除大部分噪声和恒星。其次,利用基于位置预测的多级假设检验方法进行目标检测,通过前后帧的目标之间的位置关系预测下一帧目标可能出现的范围,缩小检测范围,提高检测效率。同时对非连续出现的小目标进行判断并检测,提高了目标检测的准确率。经仿真分析比对,证明该方法可以有效检测空间小目标,在低信噪比的情况下目标检测的准确率和虚警率明显优于同类算法。     

空间光学遥感器热平衡试验装置的设计

热平衡试验是空间光学遥感器研制中的重要试验内容.需要创造一个地面模拟试验环境和条件,来代替空间高真空和超低温的环境.按照试验规范,在模拟真空冷黑、空间外热流和热边界条件下对空间光学遥感器系统进行热平衡试验.这项技术涉及到试验对象的轨道参数、结构、材料表面特性、轨道外热流计算、轨道外热流模拟、真空冷黑、热边界条件、热计算和热设计等因素.在对上述各项因素综合研究的基础上,提出了用于空间光学遥感器热平衡试验的装置,并用AutoCAD软件完成了其结构设计.简述了该试验装置的构造、特点和设计方法.     

中低轨卫星高仰角时刻的轨道预测

使用改进的拉普拉斯算法对人造卫星进行轨道预测时,在卫星仰角过高及卫星过顶点时刻其外推精度都较低,无法满足轨道预测的精度要求。本文基于对外推数据和实测数据的分析,提出了基于时间校正的轨道预测方法。该方法首先对外推数据和实测数据进行坐标旋转,然后用实测数据对外推数据进行时间校正,从而获得高精度的卫星轨道预测数据。利用水平式光电设备对卫星进行了跟踪实验。实验中使用了大于60s时长的高精度自动跟踪数据,先进行运动方程的拟合,然后进行时间校正,外推出了超过20s时长的高精度预测数据,且在卫星过顶点时刻,预测偏差可以保持在3″左右。实验结果表明,该方法有效地提高了卫星在高仰角时刻的轨道预测精度和保精度跟踪时间。     

空基平台量子通信现状与展望

随着信息技术的不断发展,信息安全问题日益凸显。 在军事、金融、政府、企业等领域,信息的安全和可靠性至关重要。传统通信技术已被广泛应用,包括互联网、光纤通信和无线电等。 同时量子计算相关技术的进展与应用,让传统通信的安全性面临严峻挑战。 基于量子的不可克隆定理与海森堡测不准原理,量子通信理论上可以达到信息论可证安全。 因此,超远距离量子通信及空基平台已成研究的重点。 综述了近十几年空基平台量子通信的研究进展,介绍了其出现、重要发展节点以及取得的主要成果,总结了基于自由空间量子通信以及空基平台量子中继的远距离量子通信研究现状,并基于目前量子中继存在的高度空白问题,提出了临空飞艇作为量子中继的设想。     

星空背景下空间目标的快速识别与精密定位

为了提高光电望远镜系统测量空间目标的实时性和定位精度,建立了空间目标快速识别与精密定位系统,讨论了空间目标运动特性、快速识别、星像质心计算和天文定位等算法。首先,介绍了空间目标光电观测系统的系统构成和工作原理;深入分析了空间目标在CCD视场中的运动特性,提出了一种空间目标快速识别算法。然后,结合帧间差分法和数学形态学等,完成了空间目标的快速识别。最后,研究了天文定位算法,采用Tycho-2星表,实现了空间目标的精密定位。实验结果表明:空间目标快速识别处理时间约为10ms,实时天文定位处理时间约为25ms,实时天文定位精度优于4″。得到的结果满足空间目标监视技术的实时性好、精度高、稳定可靠等要求。     

星地两用光学表面污染检测装置

针对光通信终端的光学表面污染,研制了10 MHz镀铝石英晶体微天平(QCM),用于实时检测真空试验中的污染量以保证光通信的可靠性。该装置通过引入参考晶体消除环境因素的影响,并降低对其控温精度的要求,其理论质量灵敏度可达10-9g/cm2。经过绝对标定实验后,其实际质量灵敏度为10-8g/cm2,满足应用需求,且成本低,实用性好,可用于星上或地面污染检测。文中依据不同的污染源工作温度,分别在32℃高温恒温段,32℃~-27℃降温段,低温保持段及-2℃~32℃升温段进行了污染沉积量的检测。结果表明:在试验初期的高温恒温段,污染源与敏感表面温差高于0℃,15.75h内单位面积污染沉积量为1.68×10-4g/cm2;在低温保持段,温差一直低于-22℃,23.37h内单位面积污染解吸附量为1.08×10-4g/cm2;真空试验的总污染沉积量为2.7×10-5 g/cm2。得到的结果证实了该QCM用于污染量检测的有效性。文中还初步分析了真空试验下的污染沉积过程,为光学表面污染的预估与防护提供了依据。     

卫星光学仪器辐射交互定标方法的应用和发展

卫星遥感器的在轨交互定标是保证仪器数据记录的可靠性、连续性和一致性的核心方案,配合高精度的在轨参考基准仪器可使定标精度达到2%左右。本文介绍了交互定标技术的相关概念和意义,强调该技术是修正仪器间辐射定标相对偏差的重要手段。指出了交互定标的前提条件及现存难点。总结了交互定标实现流程,包括数据收集、匹配、筛选、处理,基准确定,精度分析等,分析了影响交互定标精度的各种因素。叙述了当前卫星光学遥感器交互定标的各类方法及其使用条件,总结了不同应用条件下所适用的各交互定标方法的定标精度。最后结合当前交互定标的国际合作活动,分析展望了未来光学遥感器在轨可溯源SI定标方法的前景趋势和难点问题。     

基于物方定位一致性约束的光学航空影像多视铅垂线轨迹匹配

针对传统铅垂线轨迹匹配方法在进行地面基元匹配时存在只能得到一个高程值且匹配结果缺乏准确性验证的缺点,本文提出了一种新的基于物方定位一致性约束的光学航空影像多视铅垂线轨迹匹配方法。该算法对传统铅垂线轨迹匹配方法进行了针对性的改进,首先,改善了物方地面基元的像方多视匹配过程,其次,利用地面基元已有的物方平面坐标作为物方定位一致性约束条件,增加了多视匹配结果的准确性检验过程,从而得到可验证的地面元匹配结果。使用实际航空多视影像对本文算法与传统铅垂线轨迹方法进行了对比实验,实验结果显示本文方法在可靠性、准确性和算法效率等定量指标方面,比传统铅垂线轨迹方法分别高出26%、40%和4倍,证明其能得到更加可靠与有效的地面元匹配结果。