空间碎片红外观测的背景模拟与仿真研究

对空间碎片的光学观测是近年来红外研究领域重要的研究主题之一.它在目标的探测、跟踪、识别等领域有着广阔的应用前景.通过对大空间碎片的平衡温度的计算,完成了对其红外辐射照度的建模,最后通过仿真试验,绘制出了基于空间碎片影响的部分天基目标红外观测的星空背景图像;这对完成天基中低轨传感器对空间目标的在轨观测有着极为重要的意义.     

空间碎片天基激光辐照下的轨道特性仿真分析

厘米级空间碎片对在轨航天器的威胁极大,高能激光辐照使其降轨进入大气层烧毁是近年来的研究热点。针对空间站附近厘米级空间碎片,利用天基平台搭载高能激光器,提出了多脉冲激光降轨的计算方法。仿真结果表明,天基平台激光清除厘米级空间碎片的前提是空间碎片处于清除窗口,清除窗口的选择是能否实现空间碎片降轨的关键;根据已有的激光器及天基平台参数,空间碎片多脉冲激光降轨可以达到清除效果;多脉冲降轨结果表明,空间碎片偏心率变化较大,造成其半长轴与远地点变化幅度很小而近地点变化幅度很大,而轨道倾角变化幅度很小;当降轨幅度相同时,需要施加的多脉冲速度增量总和与一次性施加的单脉冲速度增量基本相同,但降轨效果相差较大,不能通过一次单脉冲计算近似表示多脉冲降轨效果。通过上述问题的研究,为进一步实现空间碎片天基激光探测清除一体化仿真研究奠定基础。     

基于卫星无源探测的空间飞行器轨道估计

为了定量分析卫星无源探测技术的定位方式和精度, 对某空间飞行器主动段的轨道估计和误差分析问题进行了研究。基于卫星简化运动方程, 采用四阶龙格-库塔算法对观测卫星任意时刻位置进行解算; 利用最小二乘法对观测数据进行拟合, 保证仿真过程数据的时间一致性; 选取合适的质量和速度模型, 建立空间飞行器基于双星无源探测的主动段三维交汇定位模型和运动方程模型; 基于模拟数据给出估计轨道曲线并对三轴指向误差进行分析, 提出采用改进粒子群算法对差量进行实时计算和空间飞行器轨道修正。仿真结果表明, 经过系统误差修正, 空间飞行器轨道误差降低到1 m级水平。     

天基红外预警系统扫描相机预警探测能力研究

随着2021年5月第5颗地球静止轨道卫星完成部署,整个天基红外系统所有卫星接近部署完成,其对地的监视能力有了大幅提升。文中在大量查阅有关文献和公开报道的基础上,对天基红外系统所有9颗在轨卫星的扫描相机进行了综合性能分析。首先,根据扫描相机的探测器体制以及飞行轨道特性,对其扫描成像体制进行分析,计算获得了所有9颗在轨卫星扫描相机的光学系统参数、探测器参数、地面分辨率、灵敏度等关键参数的估计值。其次,对天基红外系统大椭圆轨道卫星的飞行特性及其对地监视任务的综合分析研究表明,其最优在轨运行方式为两两同步,且单个轨道两颗卫星相差1/4周期;对天基红外系统地球静止轨道卫星的飞行特性及其对地监视任务的综合分析研究表明,东北半球中纬度地区至少有两颗卫星处于优良对地观测位置。最后,根据弹道导弹尾焰辐射特性以及天基红外系统扫描相机的探测参数,计算分析了所有在轨卫星对导弹尾焰最低观测高度,结果表明:东半球北纬40°地区,可同时被4颗以上卫星监视,且部分星载相机具备弹道导弹的点火时刻探测能力。     

美军SBIRS GEO-1预警卫星探测预警能力分析

为有效应对弹道导弹威胁,维护本土与盟国利益,美军不断发展完善其天基红外预警系统。介绍了美军天基红外系统的发展现状,分析了首颗天基红外系统静止轨道(SBIRSGEO-1)卫星的覆盖范围,建立了SBIRS GEO-1卫星的红外探测模型和弹道预警模型,对其在轨探测预警能力进行了初步仿真分析。     

地球同步轨道红外相机的热辐射杂散光集成法

地球同步轨道上的三轴稳定卫星所处的空间环境复杂,仪器背景辐射变化较大。传统杂散光分析法无法模拟非均匀温度场,且无法实时计算仪器背景,仿真误差较大。提出用热辐射杂散光集成法来分析在轨红外相机的仪器背景辐射,通过更趋于在轨真实温度的且具有温度梯度的实时温度场,结合辐射传递因子,计算探测器上的仪器背景辐射以及相机的信杂比。将热辐射杂散光集成法、传统杂光分析法计算信杂比与在轨实测信杂比进行对比,热辐射杂散光集成法误差小于17%,而传统杂光分析法误差达114%。表明热辐射杂散光集成法的仿真结果更趋近于在轨实际情况,仿真效率和仿真精度更高。     

基于末端轨迹修正的导弹跟踪稳定性控制方法

舰载导弹在制导飞行的末端容易受到空气小扰动的影响产生轨迹偏离,需要进行轨迹偏离修正控制,提高弹道对目标跟踪的姿态稳定性,提出一种基于改进的扩展Kalman滤波(EKR)和误差反馈修正的导弹跟踪端轨迹修正控制方法.以陀螺仪采集的导弹的横滚角、俯仰角以及航向偏离的参量为控制约束指标集,采用扩展Kalman滤波算法进行姿态参量融合,结合Smith结构建立导弹跟踪控制的被控对象模型,计算末端轨迹中姿态角与真值的偏差,根据偏差进行导弹的惯性姿态反馈调节,采用自适应的量化融合跟踪识别方法进行导弹定姿处理,通过对末端轨迹的误差反馈修正提高姿态角的输出精度,根据姿态的不断变化实现自适应的位姿修正,实现导弹对敌目标跟踪的稳定性控制.仿真结果表明,采用该方法进行导弹控制的姿态角解算的误差较小,定姿精度较高,提高导弹跟踪控制的稳定性和鲁棒性.     

空间目标在轨红外成像仿真

为了使空间目标红外成像仿真尽量反应实际在轨工作状态,文中综合考虑目标自发辐射、太阳光辐射、地球辐射和地球反照的影响,结合空间目标在轨单点经纬度姿态数据、材料数据、探测器数据等先验信息,提出了一种空间目标在轨红外成像仿真技术。首先,阐述了空间目标红外成像仿真的理论模型。然后,以某简单立方体卫星为例,进行了在轨红外成像建模与仿真。所提出的空间目标红外成像仿真方法对空间目标探测、识别与跟踪算法的研究具有重要意义。     

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.     

基于体积特征的空间目标识别算法

提出了基于体积特征的空间目标识别算法，首先通过高分辨力单脉冲雷达对空间目标进行三维成像，然后提取空间目标的三维像体积特征，由于卫星的体积通常比碎片大，根据空间目标的三维像体积可以实现对卫星和碎片的识别。计算机仿真实验表明，该算法取得了比较好的识别效果。     

基于Hough变换的天基激光测距轨迹提取算法

天基目标测量具有全天时、不受大气干扰等优点.但与地面人卫测距相比,天基待测目标运动速度快且缺乏距离预报等先验信息,导致传统测距方法无法有效提取目标距离轨迹.为此,文章提出了一种基于Hough变换的激光测距距离轨迹提取算法,利用目标回波点之间的线性相关性将直线检测算法引入回波轨迹的提取,具有适应天基探测特性、抗噪声能力强等特点.实 验结果表明,使用该方法提取的目标距离轨迹均方根误差优于2.72 m.上述方法可以准确地提取高速移动目标的距离轨迹,为后续空间非合作目标的距离轨迹提取提供了新的途径.     

Abnormal trajectory detection method based on enhanced density clustering and abnormal information mining

Aiming at problems of low accuracy in the recognition and difficulty in enriching the information of abnormal behavior in the social security incidents，an abnormal trajectory detection method based on enhanced density clustering and abnormal information mining was proposed.Firstly，combined with Hausdorff distance，an enhanced DTW distance aiming at the problem of sampling to describe the behavior in detail was proposed.And based on the MBR distance， some definitions to describe the geographical distribution of trajectory were proposed.Secondly，with the density-distance decision model of CFSFDP algorithm，intelligent recognition of cluster was realized by using the difference of SSVR which was proposed based on SVR.Finally，based on the analysis of distribution under the two kinds of density，more abnormal information could be mined，three kinds of abnormal trajectories would be recognized.And the simulation results on trajectory data of Shanghai and Beijing verify that the algorithm is objective and efficient.Comparing to existing method，accuracy in the clustering is promoted by 10%，and the abnormal trajectories are sorted， abnormal information is enriched.     

位移矢量一致下的多飞行器三维轨迹跟踪识别

合作靶标点三维轨迹的跟踪识别是实现室内环境中多飞行器位姿估计的关键,为此,提出了一种基于时空一致条件下的多目标三维轨迹跟踪识别算法。该方法包括运动轨迹跟踪与识别两部分,对于合作靶标点三维轨迹跟踪,提出了一种基于运动目标位移矢量一致的数据关联方法,该方法首先利用运动平滑性假设计算得到的数据关联概率值,结合匈牙利算法求解得到目标的数据关联关系,然后在贝叶斯滤波框架下实现合作靶标点的三维轨迹跟踪。对于合作靶标点的三维轨迹识别,又可以分为粗细两部分,利用运动轨迹Hankel矩阵的秩实现运动轨迹的粗识别,利用运动轨迹之间的Hausdorff距离实现运动轨迹的细识别,最终实现对每一个飞行器的轨迹识别与注册。实验结果表明,在三维测量手段为机器视觉,测量空间大小为2 m×2 m×2 m,提出的多目标跟踪算法的三维轨迹跟踪误差小于4 mm（3σ）时,轨迹识别正确率为100%。因此,所提出的算法可以有效地实现多飞行器上合作靶标点三维轨迹的跟踪识别。     

基于图划分的个性化轨迹隐私保护方法

针对用户对轨迹匿名数据的个性化需求,提出一种基于轨迹间夹角和位置重合的(s, )-覆盖个性化轨迹间关联构建方法,并根据轨迹间距离和方向度量轨迹间边权,以构造规模可变的个性化轨迹图模型。同时,将轨迹k-匿名集的构建转化为轨迹图划分问题,提出了一种基于贪心策略寻找近似最优的k条轨迹构建轨迹k-匿名集的方法。通过对比实验,在合成轨迹数据集上验证了所提算法的有效性和合理性。     

Availability evaluation model for space-based optical aerial target detection system

For space-based optical detection systems, there is usually a difference between actual on-orbit operational performance and designed requirements based on fixed scenarios. To assess the availability of space-based optical detection systems in different backgrounds, the radiation characteristics of aerial targets have been simulated using body radiation and atmospheric transmission models. The background radiation characteristics were also statistically analyzed. Then, for the parameters of the ...     

经典轨迹的鲁棒相似度量算法

针对经典轨迹与实时轨迹之间的大差异性，该文利用最长公共子序列理论，提出一种鲁棒的轨迹相似度量方法。该方法首先利用点到线段之间的距离判断经典轨迹的点与实时轨迹的线段是否一致；然后利用改进的多对1最长公共子序列算法，计算经典轨迹与实时轨迹之间的最长公共子序列长度；最后将最长公共子序列长度与经典轨迹的点数的比值作为经典轨迹与实时轨迹之间的相似度。实验说明该算法的鲁棒性，该算法能够有效解决经典轨迹与实时轨迹之间的大差异轨迹相似度量问题。     

组网雷达测量色噪声数据的Hermite插值融合方法

利用组网雷达测量的色噪声数据融合处理出飞行目标坐标与速度,并估计出各雷达测量误差的有关参数。先根据雷达测量原理建立跟踪数据的色噪声误差模型,利用多雷达观测的色噪声数据序列初步估计目标的坐标与速度初值,再利用Hermite插值法估计目标坐标与雷达测量坐标的偏差,不断改进Hermite插值多项式的系数以及误差模型中色噪声修正系数,提高了目标坐标速度等参数的处理精度。仿真数据实验表明该计算方法稳定可靠,定位精度较高,可以发挥Hermite插值法在色噪声测量数据融合处理中的作用。     

面向中频误差的变距螺旋矩阵轨迹优化方法

磁流变抛光能够高效去除光学元件表面的低频误差,但同时也引入了中频误差,而中频误差的存在对光学系统的性能造成了严重影响,必须对其进行有效控制。对常用的光栅轨迹和螺旋轨迹进行了研究,发现规则的抛光轨迹导致卷积过程与实际去除过程不一致,会引入对称的迭代误差,而迭代误差是中频误差恶化的重要因素。基于对光栅轨迹和螺旋轨迹的研究,提出了一种变距螺旋矩阵轨迹优化方法,以降低光学元件中频误差。该轨迹通过打乱螺旋矩阵轨迹的螺距保留了光栅轨迹和螺旋轨迹简单易行的优点,同时也改变了轨迹线间的随机性。通过对加工前后的面形进行功率谱分析,验证了该轨迹能够有效降低其表面的中频误差,较光栅线和螺旋线中频收敛效率综合提高了26.59%。     

基于最长公共子序列的非同步相似轨迹判断

针对非同步相似轨迹判断问题,提出了一种基于最长公共子序列理论的相似轨迹判断新算法.首先,求出查询轨迹线段与候选轨迹线段之间的距离;其次,利用最长公共子序列算法,计算两轨迹的最长公共子轨迹长度;最后,根据相似度门限,判断轨迹是否相似.数值实例验证了所提算法能够提高非同步轨迹的相似度.     

基于自然地表的星载光子计数激光雷达在轨标定

在轨标定技术是影响星载激光雷达光斑定位精度的核心技术之一。介绍了目前国内外星载激光雷达的在轨标定技术发展现状,分析了各类在轨标定技术的特点。针对新型的光子计数模式星载激光雷达的特性,提出了一种基于自然地表的星载光子计数激光雷达在轨标定新方法,使用仿真点云对标定算法的正确性进行了验证,并分别使用南极麦克莫多干谷和中国连云港地区的地表数据和美国ICESat-2卫星数据进行了交叉验证实验,实验结果表明:算法标定后的点云相对美国国家航空航天局提供的官方点云坐标平面偏移在3 m左右,高程偏移在厘米量级。文中还利用地面人工建筑等特征点对比了算法标定后的点云与官方点云之间的差异,最后对基于自然地表的在轨标定方法的精度以及标定场地形的影响进行了讨论。