多雷达空间目标协同探测任务规划研究

针对空间目标监视存在各传感器资源相互独立,预警资源得不到有效利用,导致空间目标探测时长不够、探测精度低等问题,提出了一种多雷达空间目标协同探测的任务规划方法,综合利用多个雷达传感器资源对空间目标进行协同探测,最终达到在短时间内累积足够的多圈有效探测数据进行协同探测的目的。文中通过对任务目标分析、资源编组、可探测性分析、弧段筛选分配等关键性技术进行分析,具体阐述了解决问题的方法。该任务规划方法在解决上述空间目标探测问题的同时可以大大节省雷达资源。     

带摄动力拟合的低轨卫星实时定轨STCKF算法

针对低轨卫星实时定轨过程中滤波初值及轨道模型不精确导致定轨精度降低的问题, 提出一种带摄动力拟合的强跟踪容积卡尔曼滤波(Strong Tracking Cubature Kalman Filter, STCKF)算法.通过强跟踪滤波(Strong Tracking Filter, STF)的等价表示计算次优渐消因子以在线实时调整增益矩阵, 强迫残差序列相互正交, 有效降低了对初始状态的敏感性.使用欧拉预测校正法对带J₂项摄动的轨道动力学方程进行离散, 用多项式拟合函数表示其余摄动力以提高模型精度.仿真结果表明, 带摄动力拟合的STCKF算法可以有效提高实时定轨精度, 并且降低了定轨精度对滤波初值的依赖.     

空间碎片精密测角和测距仿真数据定轨性能分析

目前空间碎片精密跟踪数据可以通过光学测角和激光测距两种手段获取。文中旨在通过大量的仿真实验来分析上述两种手段获取的数据对碎片定轨及预报性能的影响,以期根据各自的特点更好地利用稀缺的数据资源。首先利用了2015年1月Starlette和Larets卫星CPF精密预报轨道作为参考轨道,仿真生成基于国内区域内4个观测站精度1的测角数据和精度1 m的测距数据,然后,利用仿真数据生成单站和双站算例并进行定轨,得到完整弧段及部分弧段的测角、测距数据定轨预报结果。结果表明:在上述观测数据精度基础上,测角数据较测距数据在定轨中的表现更加稳定,将完整通过弧段缩短至90 s时,约75%的角度定轨算例的短期(1~2天)预报轨道仍能够满足20精度要求。实验结果同时表明:单站、双站定轨预报误差分布相似。     

基于空间分集的MIMO雷达目标跟踪算法研究

针对基于空间分集的多输入多输出(MIMO)雷达多发多收的特殊结构,建立了基于逆协方差形式扩展卡尔曼滤波算法的MIMO雷达目标跟踪滤波模型,分析了影响算法滤波精度的4个因素,分别为信噪比、信号带宽、天线数以及天线与目标间的位置关系。通过使目标位置状态估计均方误差最小,在特定天线数条件下利用数值方法得到了使滤波精度达到最优的天线放置形式。仿真实验给出了不同信噪比、信号带宽、天线数以及天线与目标间不同位置关系时的MIMO雷达跟踪性能。     

基于动力学模型约束的空间目标精确跟踪算法研究

空间目标监视必须要解决的关键核心问题之一是对目标运动轨迹进行快速、准确地预报,然而空间目标运动轨迹准确预报需要高精度的预报初值点作为前提,对空间目标数据进行滤波处理可以降低随机误差的影响提高数据精度,但还很难达到空间目标高精度轨迹预报的要求.为此,论文从空间目标运动特性出发,利用空间目标动力学方程对状态方程进行实时约束...     

容积卡尔曼滤波在空间目标轨道确定中的应用

针对空间监视雷达的近地目标轨道确定问题,提出了基于容积卡尔曼滤波的精密轨道确定方法,与被广泛应用的扩展卡尔曼滤波方法相比,所提方法具有更高的定轨精度.同时,由于容积卡尔曼滤波在理论上具有严格的数学证明,其在处理空间目标复杂运动问题的过程中具有更好的数值稳定性.通过引入递推形式的后验克拉美罗界,分析了不同观测模型对定轨性能的影响.利用仿真数据进一步验证了所提出方法的有效性和分析的正确性.     

基于轴向跟踪原理的角跟踪精度改进方法研究

随着计算机软件控制技术的发展,为提高对空间目标的测角定轨精度和测量数据的连续性、有效性,文章着重论述用基于计算机软件控制的轴向跟踪技术对传统测量雷达角跟踪精度的改进方法.     

我国GEO卫星高精度测定轨技术进展

同步轨道卫星在通信、气象、导航定位、对地观测、数据中继等领域应用广泛,对其轨道精度的要求也越来越高。结合国内外卫星系统的高精度测量体制,介绍了我国GEO卫星高精度测定轨技术的2个发展趋势:厘米级高精度多站测距技术和主动CEI测量定轨技术,给出了相应的误差分析、关键技术及解决途径,并介绍了最新试验进展。试验结果表明,给出的2种技术体制均能够实现近10 m量级的GEO卫星实时定轨精度,满足我国GEO卫星的高精度测定轨需求。     

空间目标雷达轨道改进原理及工程实现

空间目标监视雷达是空间监视领域的骨干装备,与常规防空雷达相比,需要增加空间目标轨道确定核心功能,而轨道改进是实现该功能的重要组成模块,轨道改进模块的研制涉及非常复杂的航天动力学知识,这对从事雷达系统设计的非轨道力学专业的研究人员来说带来极大困难。为此,本文以空间目标雷达定轨中的批处理轨道改进计算为例,介绍了它的数学原理,给出了程序设计思路和函数接口实现,并与ODTK软件进行了仿真对比。实验结果验证了软件设计的有效性,表明本文设计的函数接口可以辅助科研人员进行雷达系统设计。     

提高地月转移轨道入轨段初轨精度的技术途径

针对星箭分离前、后两段数据处于不同的飞行轨道,经典的轨道计算方法无法实现两段外测数据联合参与定轨,入轨段初轨精度难以进一步提高的问题,通过分析星箭分离时刻轨道半长轴确定精度与测量误差、轨道偏心率之间的关系,提出了提高站址坐标测量精度、采用分布式船姿船位测量体制以提高姿态测量精度、采用卫星测高数据计算任务海域垂线偏差并对船姿数据进行修正、船载雷达测速数据的东平台影响修正、合理的数据预处理以及采用基于速度增量修正的定轨新方法等多种技术途径,并重点介绍了基于速度增量修正、可实现星箭分离前后外测数据联合定轨的新方法。仿真计算和任务实测数据验算表明,新方法轨道半长轴确定精度较以往传统方法提高1个数量级以上,有利于后续测控计划制定和测控站的跟踪引导。     

基于压缩感知的认知雷达多目标跟踪方法

该文提出了一种基于压缩感知的认知雷达跟踪方法,该方法将压缩感知理论引入到认知雷达跟踪的问题中。通过对回波信号的稀疏表示,完成稀疏变换矩阵和观测矩阵的设计,实现了降采样条件下量测信号的重构。在系统的接收端,考虑到传统的粒子滤波容易陷入局部最优,对粒子数目要求大等问题,采用了粒子群优化的粒子滤波来对目标状态进行实时估计。在系统的发射端,采用优化后验克拉美罗界(Posterior Cramr-Rao Bounds, PCRB)设计了雷达发射波形参数,降低了对目标跟踪精度的PCRB。仿真表明,相比于传统跟踪方法,该文所提跟踪方法不仅有效地减少了雷达的数据量,而且较大地提高了目标的跟踪性能。      

基于IMM-UKF的航天测控雷达机动目标跟踪

航天测控中雷达的测量值具有较大的随机误差,用雷达的测量值直接解算运载火箭的外弹道跟踪精度较低。提出基于IMM-UKF的雷达机动目标跟踪方法,适应了航天发射任务中运载火箭在不同时段具有不同机动特性条件下对机动目标稳定精确跟踪的需要。仿真结果表明和利用雷达测量值直接解算目标弹道的方法以及采用单一运动模型的UKF滤波方法相比,IMM-UKF算法具有更高的外弹道跟踪精度,并且算法的收敛速度满足航天测控外弹道跟踪的实时性要求。     

一种提高导弹落点预报精度方法的研究

在对弹道导弹目标的预警中,如何使用相控阵雷达观测数据对目标进行实时定轨及轨道改进,并提高导弹落点预报精度成为弹道导弹预警研究的重要内容。文中针对这一问题进行了研究和实验仿真,通过将实时定轨和改进方法应用到弹道导弹预报中能够有效地提高导弹落点预报精度,较好地解决解决导弹落点预报问题。     

美国“太空篱笆”计划概述

“太空篱笆”计划是美国立足未来国家安全和民事应用需求,为扩大对太空目标的监视范围、增加对太空目标的探测容量、提高对太空目标的探测精度和时效性,特别是探测小型太空目标的需求而提出的一种大型地基雷达系统。该计划试图通过跟踪更多更小的目标,以及取代美国空军1961年以来一直使用的空军太空监视系统来改善空间态势感知能力。文中介绍了“太空篱笆”项目的意图、系统组成及功能,分析了“太空篱笆”项目的关键技术、风险点以及管理方式。     

基于SLR数据的雷达探测精度分析方法

空间安全已成为各航天大国国家安全中的重要一环,空间目标监视技术也已成为空间技术新的制高点。雷达凭借其全天时、全天候的特点,已成为空间目标监视的骨干设备,其探测精度直接影响太空态势掌控的准确性,因此准确分析雷达探测精度有着重要意义。本文以卫星激光测距（SLR）数据为基础,首先分析了不同阶数插值算法以及滑动式内插、非滑动式内插的插值精度,而后介绍了坐标转换方式与雷达精度分析方法。仿真结果表明,滑动式九阶拉格朗日插值算法有较好的插值效果,满足雷达精度分析的需求。     

一种基于视频MLAT的场面目标监视新方法

结合民航中小型机场特点,提出了一种基于视频多点定位(MLAT)的场面目标监视方法。该方法通过多摄像头与目标位置的相互关系确定目标在场面的初始位置,并依据因视频几何精度稀释因子(GDOP)与测角误差共同作用而形成的定位误差拓扑图作为滤波过程中的测量误差参数,来对位置估计进行修正,从而实现对场面目标的高精度跟踪。实验表明该方法不仅可行,而且具有较高的监视精度,为中小型机场的场面监视雷达(SMR)提供了一种备份手段。     

改进的自适应Kalman滤波在光电跟踪中的应用

为解决机载激光通信中光电跟踪平台获得脱靶量存在滞后的问题，将协方差匹配技术与Sage-Husa自适应Kalman滤波相结合应用到脱靶量滞后补偿中。首先，通过Sage-Husa自适应Kalman算法补偿滞后的脱靶量，并引入遗忘滤波的思想降低过去的量测数据对现在的影响；然后，加入基于协方差匹配技术的判据，判据生效时更新噪声协方差阵，同时增大遗忘因子使量测先验协方差阵误差估计值与理论值更快地相容达到平衡，保证系统的实时性。在仿真中目标为等效正弦运动时改进的Kalman滤波比普通Kalman滤波降低了31.1%的预测误差。在实验验证中改进的Kalman滤波跟踪精度提高18.5%，实时性提高了18%，满足了控制系统对脱靶量滞后补偿的要求，使系统运行更稳定。     

天基光学超短弧段测量的约束域分析方法

针对天基光学空间目标监视的超短弧段测量数据特点,引入弧段测量约束域概念和域内三角剖分以解决短弧初轨确定问题.利用约束域内剖分节点目标函数性质获取最优初始条件,提出约束域内的约束微分修正方法和三角网细分迭代搜索方法.仿真结果表明,两种方法均能得到有效收敛,可用于解决超短弧段目标的轨道初值问题.     

基于测量船的实时定轨改进方法

为了适应多目标任务的测定轨需求,进一步提高测量船定轨的时效性,对时间序列最优定轨方法进行了研究,分析了定轨工作中涉及的飞行动力学模型,对序贯定轨的过程进行了贝叶斯统计描述。基于工程应用的可行性,采用扩展卡尔曼滤波方法和无迹滤波方法,并对两者进行了改进,在计算上采用平方根扩展卡尔曼滤波方法和平方根无迹滤波方法,在定轨模式上,采用一种新的混合定轨方法。改进后的方法在保持精度的基础上提高了滤波器时间更新效率,模拟数值计算和实战数据验证的结果表明,两种滤波定轨方法均能够在较短的时间内收敛,并达到预期的定轨精度。     

基于目标优先级的跟踪波束调度方法研究

针对协方差控制的策略不满足雷达跟踪目标的实时性要求,文中采用协方差和目标威胁度联合控制的方法来研究关于相控阵雷达波束调度的问题,建立相控阵雷达波束分配的最优化模型。该模型利用目标的运动状态信息,包括目标距离、目标径向速度、加速度和航向,利用层次分析法确定目标威胁度,然后与目标跟踪协方差相结合进一步确定目标优先级,实现目标动态的搜索加跟踪模式(TAS)的波束调度。将该算法与传统的顺序波束调度方法进行比较,仿真结果表明该算法具有较高的时间利用效率,同时也具有较好跟踪性能。