天基可见光相机探测灵敏度研究

随着遥感技术的发展,对载荷的性能提出愈来愈高的要求,特别是载荷的探测灵敏度,直接关系到能否探测到目标。如何满足和提高探测灵敏度,成为研制高性能遥感设备设计中的一个重要问题,从光度学和辐射度学原理出发,对空间目标探测信号的强度进行分析、计算。基于目标与噪声的数学表达式,根据经典检测理论推导出天基可见光(SBV)相机的探测灵敏度模型的数学表达式。将美国SBV相机参数代入该模型后,计算得到的灵敏度结果(15.55视星等)与设计指标(15.5视星等)只相差0.05视星等。由此可见该探测灵敏度模型具有相当的精度,可为天基可见光相机的研究设计提供理论参考。

面向空间态势感知的天基可见光空间目标自主跟踪方法

天基可见光(space-based optical,SBO)监视是空间态势感知的重要手段之一.传统的天基观测平台都需要在自身精密星历已知的情况下,通过对目标的测量,确定其状态.而本文提出了自主天基空间目标监视的概念,天基可见光观测平台在自身精密星历未知时,也可以完成空间态势感知任务.与传统的目标跟踪不同,此方法只需依靠平台获取的在惯性系下描述的仅测角测量信息,便可实现自主定轨.结合长弧段的观测数据,本文给出了基于历史数据的事后自主轨道改进算法.通过分析发现,观测卫星对其他目标观测的历史数据也可用于改进原有的被观测目标的轨道.基于此,本文提出了通过额外测量量辅助下的实时自主跟踪策略,可通过单星搭载多SBO相机,对多目标同时跟踪的方式实现.最后,本文通过仿真算例验证了所提出方法的可行性.与传统的空间目标跟踪相比,虽然自主跟踪的精度较低,但在同时跟踪两目标时,尤其是在同时跟踪低轨和高轨两目标的情况下,估计精度能接近传统方法的水平.本文为发展自主天基空间态势感知平台提供了可行的方法.

一种适用于天基GEO目标监视的相关性分析方法

以地同步轨道目标作为天基监视系统监视对象,提了一种适用于该监视系统两超短弧段相关性分析方法.首先了天基可见光传感器连续两轨道周期均能观测同一地同步轨道目标必要条件,确定了搜索栅栏参数选取原则.然后了地同步轨道目标超短弧段相关性分析主要处理步骤及两种相关性判定方法,并分析了影响判定方法门限值选取项因素.最后对该方法适用性进行了仿真验证.仿真结果表明,通过适当选取搜索栅栏参数,监视系统可以获连续两轨道周期观测弧段;两种相关性判定方法均有效,门限值选取合理;两观测弧段可确定未知目标始轨道,其轨精度满足再次捕获该目标要.

地球同步带SBV监视系统误差分析与观测数据仿真

以天基可见光(Space-Based Visible,SBV)传感器监视地球同步带为背景,分析了影响SBV传感器观测数据的各项误差源,给出了监视卫星星历误差和监视卫星与监视目标时间同步误差对SBV传感器观测数据误差预算的计算方法。在对各项误差进行仿真模拟的基础上,设计了SBV传感器观测数据仿真结构与流程,并定量分析了各项误差对SBV传感器观测数据的影响。

小卫星GLADOS空间目标跟踪传感器姿态控制分析

低成本小卫星的广泛使用增强了对空间目标的跟踪能力,减轻了运行的大型高价值太空设备的工作负担,文中介绍一种适用于低成本小卫星的新跟踪方法。小卫星GLADOS搭载有一个天基可见光传感器(SBV)和一个光谱仪,姿态控制系统根据宽视场相机的反馈转动窄视场光谱仪跟踪目标,收集目标的光谱数据。文中分析了GLADOS上应用的姿态控制技术,给出了控制传感器平台的动力学方程和一个相对姿态控制中使用的控制算法。

执行空间目标跟踪任务的小型卫星姿态分析

低成本小卫星搭载多种光电传感器以星座方式布局监视网,大大增强了对空间目标的跟踪能力。文中给出了一种适用于低成本小卫星的姿态控制方法,小卫星通过搭载一台天基可见光传感器和一个光谱仪完成多平台识别跟踪目标。光谱仪的视场很窄,通过计算变化的LOS矢量调整小卫星姿态保证空间目标在光谱仪的视场范围内,同时给出了跟踪仿真图。小卫星收集的目标光度光谱数据为后续反演估计空间目标形状尺寸质量和表面材料提供依据。

一种空间目标在轨检测图像预处理算法

通过对美国天基可见相机(SBV)在轨检测算法(Moving target indicator,MTI)算法进行改进,使其更加快速有效地检测出淹没在噪声杂波中的目标条纹。MTI改进算法使用了一种新的二维图像检测预处理算法——依概率加窗检测算法。依概率加窗检测算依据同一大小检测窗口内,目标所在检测窗内出现的非零点比纯噪声检测窗内多的特性,通过检测窗门限滤波,在可能剔除部分目标点的同时,极大地抑制噪声。接着使用三点共线条纹检测算法,剔除可疑目标条纹,进一步降低虚警概率,提高检测概率。通过算法性能分析可知,MTI改进算法的虚警概率降低15倍,检测概率99%时所需信噪比从6降低为3,并且总体计算量降低6个数量级。MTI改进算法减少计算量的同时,降低虚警概率并提高检测概率,在工程应用中更有利于算法的实时实现。