星载平台地面目标测向定位仿真研究

星载平台地面目标定位是卫星侦察中的一项重要任务。针对星载平台的特点,给出了一套基于对地面辐射源目标测向定位的仿真计算方法。通过测量地面辐射源信号的俯仰角和方位角,结合卫星的位置和轨道信息,利用球面几何定位方法求解地面目标的地理经纬度。还分析了测向误差和俯仰角对定位精度的影响,并通过将多次定位数据融合来提高定位精度。仿真实验中采用STK卫星轨道仿真软件生成卫星位置数据和目标相对于卫星的俯仰角及方位角数据,比较了不同测向精度下的目标定位效果,分析了多次定位融合的收敛情况及融合定位精度与俯仰角和目标位置之间的关系。最后给出了一些工程实践性的建议,具有一定的工程参考意义。

一种星载平台SAR的波束展宽方法

星载合成孔径雷达(SAR)在高分辨宽带测绘方面应用得越来越广泛,但是均匀加权的发射波束宽度不足以实现测绘场景幅宽和合成孔径长,针对这一问题,通过阵列天线对空间合成场相位进行优化调整使合成方向图与目标方向图无限逼近,提出了采用两步最小二乘处理进行波束展宽的方法,即对目标方向图的空间相位与发射阵列的相位加权值进行联合优化,最后通过仿真验证了所提方法的有效性。

基于星载平台的CAN总线应用协议的设计

基于SJA1000独立CAN总线控制器,分析了星载平台总线应用基本需求,以及可靠性、安全性设计要求,提出了一种适用于星载平台的总线应用协议,能够满足星载总线的通信要求。

星载ATP平台的建模与仿真

采用了分析力学中的拉格朗日方程对星载ATP平台进行了动力学分析,推导出了较准确的运动方程,并说明了为什么U型转台比T型、L型转台具有更高的精度和结构稳定性。利用无刷直流电机的方程式,给出了星载ATP平台系统的非线性数学模型,并利用MATLAB进行了数学仿真,通过实验进行了验证,此模型可作为设计和调试星载ATP平台控制器的基础。

一种星载平台轻量化快速影像匹配方法

针对现有传统影像匹配在星载平台有限的存储及算力条件下难以快速计算的问题,本文提出一种适用于星载平台的、基于哈希学习的轻量化快速影像匹配方法。该方法以同源卫星影像的特征描述符作为训练集计算哈希函数,并利用训练好的哈希函数将特征点的浮点型特征描述符映射至汉明空间,实现特征点对间相似度的快速计算,进一步通过剔除误匹配点获得精确匹配结果。同时,训练集中的特征描述符的种类可根据星载平台载荷的传感器类型、影像分辨率及目标区域影像的地貌类型进行灵活选择,使得本文方法具备良好的可重构性;计算汉明距离衡量特征点对间的相似度,提高本文方法在星载平台轻量化处理的应用能力。选取不同时刻资源三号卫星影像及高分七号卫星影像进行匹配对比实验,本文方法轻量化处理后的LW-SIFT方法相较于经典SIFT方法,在耗时方面减少50.12%,且增加正确匹配点数达20.28%。实验结果表明,本文方法能够显著提升影像匹配的精确度及时效性,有较大的应用潜力,能够为星载平台应用提供有力支撑。

星载观测平台的视线误差分析

为分析星载观测平台各项误差源对视线测量精度的影响,研究了一种基于多参量的视线测量误差建模与评价方法.不同于以往卫星、相机的空间测量方式,针对卫星、转台、相机的观测结构,构建了从惯性空间到光学传感器像平面的目标成像模型及星载观测平台视线测量模型.通过推导星载观测平台视线测量误差与观测中13项误差源的关系,提出一种基于灵敏度分析的误差评价方法,并在三个轴向上分析了各项误差源对星载观测平台视线测量精度的影响.利用蒙特卡罗仿真试验验证了理论模型的有效性.结果表明,卫星轨道误差、卫星姿态误差、载荷平台角振动误差、内外框架转动误差、像平面目标像点的位置量化误差是影响星载观测平台视线测量精度的主要因素.该方法能够科学评估各项误差源对星载观测平台视线测量精度的影响,对星载观测平台的总体设计具有重要的应用价值.

星载观测平台的视线测量误差分配

面向光学卫星观测平台的视线测量精度需求,研究了一种基于区间分析理论的误差分配方法.基于先进的卫星、转台、相机结构,建立了惯性系下空间相机与目标间的视线矢量测量模型及测量误差模型.根据区间分析理论,给出了误差灵敏度的评价方法.根据星载观测平台的工作空间,得到了各项误差源在三个轴向上的全域最大灵敏度.以全域最大灵敏度为权重系数,建立了星载观测平台视线测量的误差分配模型,通过遗传算法将13项误差源的可行区间松弛致最大.Monte Carlo仿真验证了该误差分配方法的有效性,该方法也同样适用于机载、车载等观测平台的误差分配研究.

卫星平台虚拟化——满足多种卫星移动通信需求的必然选择

认为虽然中国卫星移动通信市场巨大但卫星资源紧缺,因此充分利用有限的卫星平台,最大限度满足不同军民通信应用需求并支持多种传输体制,是中国发展卫星移动通信系统必须要解决的重要问题,而卫星平台虚拟化是解决这个矛盾的有效途径。基于此,提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)的虚拟化设计方案,为推动卫星平台虚拟化研究提供参考。

星载光电仪器捕获跟踪视频处理系统设计

介绍了基于卫星平台的捕获跟踪视频处理系统的原理及硬件设计,提出了一种基于自适应阀值的跟踪算法——波门跟踪法,实现了对复杂背景下变化运动目标的自动跟踪,达到了预期的要求。

星载光电跟踪系统跟踪精度分析

根据星载环境的特殊性及跟踪系统设计要求,对星载光电跟踪系统的跟踪精度做了较全面的定性分析和阐述。在理论分析的基础上,对工程实例的跟踪精度做了定量分析且提出了切实可行的提高系统跟踪精度的方法。最后试验证明提出的稳定跟踪技术满足了系统跟踪精度指标的要求。

星载光电跟踪关键技术研究

介绍了星载光电跟踪平台的组成与工作原理,对跟踪关键技术进行了研究。分析了星载光电成像跟踪传感器应用技术,给出了星载平台复合轴跟踪系统的两种设计方法,并提出利用激光成像目标反演技术进行目标识别,为星载光电跟踪平台的设计提供参考。

星源照射双/多基地SAR成像

星源照射双/多基地合成孔径雷达(SAR),采用卫星发射,卫星、临近空间、飞机、地面等平台接收,实现对地海面场景和目标的高分辨成像。该技术具有可成像范围广、隐蔽性好、抗干扰能力强等优点,且可以通过波束调控实现扫描、聚束、滑动聚束等多种组合成像模式,从而获取更加丰富的成像信息,具有十分广阔的民用和军事应用前景。目前,国内外针对星源照射双/多基地SAR成像技术开展了多年的研究,积累了诸多研究成果。该文分别从系统组成、构型方法、回波模型、成像方法、收发同步与试验验证等方面对该技术进行阐述与分析,同时对相关的研究工作进行较系统的回顾,并展望了星源照射双/多基地SAR成像技术未来的发展方向。

一种基于轻量化CNN的天文暂现源智能识别方法

天文暂现源携带了关于天体本质及演化过程的丰富信息,对暂现源进行探测与研究具有极为重要的科学价值。天文暂现源的辐射峰值大多在X射线或伽马射线,天基望远镜对这些高能波段的观测优势是地基望远镜无法比拟的,更适合于暂现源观测。但由于星载计算机的性能约束,很难实现依托于地面强大算力的复杂检测算法。针对以上问题,提出了基于轻量化卷积神经网络(CNN)模型的天基暂现源检测算法,并在嵌入式ARM平台上实现了模型部署。实验结果表明,本文提出的轻量化CNN暂现源检测算法的模型复杂度和计算量不及Deep Hits算法的1/4,准确率达到96.52%,可应用于星载有限算力平台,实现未来的天基暂现源实时检测。

基于轻量化网络的光学遥感图像飞机目标检测

光学遥感图像飞机检测是遥感分析的重要研究方向。现有检测方法难以达到满意的效果,传统检测方法由于手工特征建模困难,易受背景干扰,导致其鲁棒性普遍偏低;而以复杂度提升为代价来提高检测性能的深度学习目标检测方法无法在资源受限下的星载平台得到广泛应用。针对上述问题,本论文提出一种具有轻量化多尺度特点的深度学习飞机目标检测方法。在多尺度目标检测框架(SSD)基础上,利用密集连接结构和双卷积通道构成具有特征重复利用、计算效率高等特点的基础骨干网络,之后连接一个由残差模块和反卷积构成的多尺度特征融合检测模块,以提高飞机小目标的检测性能。实验结果表明,在多种复杂机场场景中,本文的方法与当前经典的深度学习目标方法相比,在保持较高目标检测精度的同时,又能具有较低的计算复杂度。

Xilinx SRAM型FPGA抗辐射设计技术研究

针对Xilinx SRAM型FPGA在空间应用中的可行性,分析了Xilinx SRAM型FPGA的结构,以及空间辐射效应对这种结构FPGA的影响,指出SRAM型的FPGA随着工艺水平的提高、器件规模的增大和核电压的降低,抗总剂量效应不断提高,抵抗单粒子效应,尤其是单粒子翻转和单粒子瞬态脉冲的能力降低。分析了FPGA综合后常见的Half-latch在辐射环境中的影响并结合实际工程实践给出了解决上述问题的一些有用办法和注意事项,如,冗余设计、同步设计、算术逻辑运算结果校验、自检等。最后还提出一种基于COTS器件的“由顶到底”的星载信号处理平台结构,分析了这种结构在抵抗辐射效应时的优势。有关FPGA抗辐射的可靠性设计方法已经在某卫星通信载道中成功应用,并通过了各种卫星环境试验,该技术可以为有关航天电子设备设计提供参考。

基于国产商用器件的星载智能目标检测技术

针对星载计算平台体积、功耗受限难题,提出了“FPGA+AI处理器”的硬件架构,并设计了以国产商用器件复旦微JFM7K325T FPGA和华为Ascend310 AI处理器为核心的星载图像处理智能计算平台;针对深度网络算法计算、存储开销大的难题,提出了轻量化遥感图像舰船目标检测算法,在保证检测精度的同时有效减小了计算量和参数量;针对神经网络算法实时部署计算慢的难题,开展量化感知训练、算子融合的计算图优化,以及多线程并行的软件设计,有效提升了实时计算性能。实验结果表明:该系统功耗<15 W,遥感图像舰船目标检测准确率达0.908,1152×1152遥感图像处理帧率达63.3帧/s,4096×5120大幅面图像处理帧率达3.17帧/s。实现了国产化智能目标检测平台深度学习算法实时部署,为实现自主可控的智能化星载前端系统进行了探索研究。

适用于小卫星的低成本相控阵天线技术研究

相控阵天线时卫星雷达天线的发展方向之一,但由于价格高昂,多年来制约了其在星载平台的发展。随着近年来新材料、新器件的面世及发展,如TR组件专用多功能芯片、MEMS移相器、SiGe芯片、CMOS芯片等技术在不断发展。采用这些先进技术,可有效降低相控阵天线的成本。

双星光学观测体系的目标定位误差分析

为提高双星光学观测体系的定位精度,构建了新型双星光学定位系统。通过对卫星、光电观测平台的建模,构建了地惯系下平台与目标间的观测矢量模型。利用几何定位算法,推导出了地惯系下的目标定位模型与定位误差模型,并利用蒙特卡罗法获得了定位误差分布。在此基础上,引入了小波理论进行误差的优化重构,以提高双星光学观测体系的定位精度。利用测量数据进行仿真,结果表明,引入小波理论对目标定位误差进行降噪重构后,可以使目标定位精度提高30%,为工程上减小目标定位误差提供了新的思路。

基于液晶光调制器的星际激光通信平台振动补偿系统

为了有效地补偿平台振动对星际激光通信系统的影响，设计并构建了基于反射式液晶光调制器的星载平台振动补偿系统。与传统振动补偿系统相比，该系统具有无机械结构、指向精度高、可对高阶像差进行补偿、体积小、重量轻、功耗低等优点，可以解决传统补偿方法的诸多问题。实验结果表明：对于振幅在10grad以下、振动频率在lO～100Hz之间的振动，该振动补偿系统的补偿因子高于0．8，系统残余误差小于2μrad，满足星际激光通信系统的高动态跟踪精度要求。

星载GNSS-R海冰边界探测方法

针对星载接收平台提出了一种利用全球导航卫星系统反射信号(Global Navigation Satellite System reflectometry, GNSS-R)进行海冰边界探测的方法。该方法利用导航卫星信号经海冰和海水表面散射后反射信号时延相关功率映射(delay map, DM)的差异,结合镜面反射点位置来探测海冰边界。利用自适应阈值调整算法处理TDS-1卫星数据,获取有效的DM数据,进而得到DM衍生量随镜面反射点位置的变化趋势,并设置DM衍生量的阈值来识别海冰。与全球海冰分布图对比发现,DM衍生量阈值对应的镜面反射点位置与海冰分布图的海冰边界位置基本吻合,证明了DM的有效区时延距离、相关功率的峰值和归一化标准差均可用于海冰边界探测,星载GNSS-R技术在海冰边界探测领域具有较大潜力。