空间目标天基光学观测模式分析

对空间目标的监视可采用地基和天基两种方式实现。与地基观测相比,天基观测在空域覆盖性和监视时效性等方面具有较大优势,空间目标天基观测技术已成为当今空间领域的前沿性技术。目前,许多国家和组织都在大力发展空间目标天基观测技术。天基光学观测可采用光学栅栏、特定天区和地球同步带搜索方式实现空间目标的捕获；可通过恒星跟踪和天文定位方法获取空间目标的位置信息；可采用等待或跟踪方式实现对目标的成像。

LEO轨道危险碎片天基光学观测技术

低轨危险空间碎片可对航天器造成灾难性损伤,对空间碎片的远程探测与识别是实施碎片规避和碎片清除任务的基础和前提。但由于该类目标信号微弱、运动速度快、光学特性存在时变和不确定性,因此,对其探测与识别提出了严重挑战。针对远距离危险空间碎片的实时监测、识别、碰撞预警、精确定轨的迫切需求,为给天基载荷发展与设计提供支持,总结了电荷耦合器件、雪崩光电二极管、位置读出光子计数探测器等器件的主要性能,并对基于不同探测器的探测技术用于LEO轨道危险碎片天基光学观测的能力进行了比较分析。

天基光学观测低轨多目标跟踪的多模型CPHD滤波方法

低轨多目标跟踪是天基光学系统信息处理需要解决的重要问题之一。提出了一种基于多模型势概率假设密度(CPHD)滤波的跟踪方法,建立了描述低轨目标运动的常轴向力模型和二体力学模型,给出了天基测量模型,将低轨目标的运动模式和运动状态组合成扩展状态,利用CPHD滤波递推扩展状态的验后概率假设密度(PHD)和目标数量的验后概率密度,能够同时得到目标状态和目标数量的估计。仿真结果表明,多模型CPHD滤波对目标数量和目标状态的估计精度相对多模型PHD滤波和单模型CPHD滤波有显著提高。

基于编队星座的在轨目标天基光学观测可见性分析

以水平圆编队构型为例，利用卫星防真工具包（STK）工具构建两种三颗星绕主星伴飞的编队飞行模型。在Matlab软件中读取从STK编队模型导出的轨道数据，包括光照时间、太阳相位角、伴飞星之间的位置关系以及太阳、月亮分别与观测相机之间的位置关系等，并建立伴飞星对主星、伴飞星之间进行天基光学观测的可见性分析模型，推导出伴飞星对主星、伴飞星之间可见性时段。综合考虑实际空间环境中的各个影响因素，提出了编队卫星在轨运行时做可见性分析的方法，得出了对在轨目标进行天基光学观测的可见性分析结果，为编队星座技术应用于天基光学观测提供了技术支撑。

天基光学平台下弹头与气球诱饵中段观测运动差异分析

为了解决弹道导弹在中段释放气球诱饵伴飞,以干扰天基光学防御系统对导弹目标进行精确跟踪识别的问题,基于弹头和气球诱饵质阻比的差异,利用美国NRLMSISE-00(Naval Research Laboratory Mass Spectrometer and Incoherent Scatter radar Exosphere,海军研究实验室质谱仪和非相干散射雷达大气经验性模型)对气球诱饵进行相应动力学分析,得出气球诱饵在弹道中段的大气阻力模型。然后给出了J2摄动下,气球诱饵经过阻力修正后较精确的中段运动模型,并将结论引入到天基光学平台中,进行观测仿真实验。结果表明,在200km以上的高空,大气阻力对于弹头和气球诱饵的影响微弱,可忽略不计,在观测像平面中表现为一块难以区分的亮斑;而在100~200km高度范围内,气球诱饵受大气阻力影响剧烈,在观测像平面内的运动与弹头存在较大差别,具有较强的可区分性。

空间目标天基光学成像观测现状研究

地球静止轨道(GEO)因其轨道特殊性,常常运行着各国天基信息网的关键节点卫星,对地球静止轨道带内目标的跟踪观测便显得极为重要。针对近年来国外对地球静止轨道带的观测方式和技术,对美国和加拿大等国的空间目标天基观测现状进行了研究。首先从时空角度、覆盖范围等方面总结了天基光学成像观测的优势,其次结合美国和加拿大近来的研究情况分析了地球静止轨道目标天基光学成像观测的研究现状和不足之处,最后给出了地球静止轨道目标天基光学成像观测的发展趋势。

小倾角LEO多星天基平台光学跟踪GEO精密定轨

针对地基卫星测控系统(TrackingTelemetryandCommand,TT&C)系统对地球静止轨道(Geostationary EarthOrbit,GEO)卫星在空间和时间覆盖上的局限性,提出小倾角低地球轨道(LowEarthOrbit,LEO)多星组网天基平台对GEO卫星进行跟踪定轨的方法.根据空间环境和光学可视条件对仿真数据进行筛选以模拟真实的观测场景,利用光学测角数据,使用数值方法对GEO卫星的轨道进行确定.结果与参考轨道进行重叠对比,在平台轨道精度5 m、测量精度5′′、定轨弧长12 h的情况下,两颗LEO卫星对GEO卫星进行跟踪定轨的精度可达到千米量级,4颗LEO卫星对GEO目标进行跟踪定轨的精度可达到百米量级.随着LEO组网卫星数量的增加,定轨精度得到了较大的提高.

应用距离搜索的低轨空间碎片初始轨道确定方法

使用低轨天基光学望远镜扫描式观测低轨空间碎片,由于两者的相对运动较快,只能获得很短时间内的角度观测值(甚短观测弧段),使用传统的Gauss方法和Gooding方法很难得到精确的空间碎片初始轨道。为此,文章提出了一种新的方法,在给定的一组角度观测值中,通过搜索其中2个时刻的距离信息,将纯角度的初始轨道确定问题转换为基于2个位置矢量的初始轨道确定问题;再利用其他时刻的角度观测值进行检核和约束,筛选出最优的初始轨道结果。利用文章方法对空间碎片在10~60s内的503个观测弧段进行处理,结果表明,其定轨误差与角度观测值变化率有关。将文章方法所得结果与Gauss方法和Gooding方法进行比较,证明文章方法在解的成功率和精度上都显著优于其他2种方法,能很好地确定空间碎片的初始轨道。