空间目标天基与地基监视系统对比分析

介绍了空间目标监视系统的发展现状,及其在未来军事作战中的主要应用。简要阐明了美国空间目标监视系统的构成、分布。概括了现有空间监视系统(地基雷达系统、地基深空光电监视系统、天基可见光监视系统、天基雷达系统)的主要技术参数。比较分析了各种监视系统的探测性能、优缺点及应用范围。与其它监视系统相比,天基光学监视系统具有在轨运行、大视场、全天候等特性,它能够满足对空间目标的连续监视、跟踪与精确的特征测量要求。

天基光学空间目标监视图像仿真研究

以SBV为系统原型,在对天基光学空间目标监视工作机理进行分析基础上,充分考虑传感器恒星跟踪和目标星历两种工作模式特点,设计天基光学监视图像仿真结构和流程。分别对背景恒星、宇宙射线以及空间目标进行仿真模拟,并针对点扩散和空间目标运动拖尾问题进行改进。

在轨目标天基光学观测可见性预报与分析

利用在轨目标、观测卫星、地球、太阳以及月球之间的几何关系,综合考虑地球遮挡与地光条件、地影条件、日光条件与月光条件,本文推导出目标对于观测卫星的光学可见性判断模型,并建立了天基光学观测可见性预报方法。仿真实验结果表明,地球遮挡与地光条件是影响天基空间目标光学可见的最主要因素;在可见时间方面,天基空间目标光学监视系统对低轨目标的监视能力有限,而对高轨目标具有良好的监视性能。

天基光学空间目标监视信息处理技术分析

SBV是目前已成功应用于空间目标监视的典型天基光学传感器,通过被动探测空间目标反射的太阳光线辐射,完成对其探测、捕获和跟踪,并收集各种空间目标的观测数据。本文首先对SBV特点和性能进行介绍,然后以其为系统原型对天基光学空间目标监视信息处理流程和特点进行分析,提取相应关键技术,包括目标检测与恒星提取、编目维护与更新以及目标亮度特性分析等,并就其技术难点和发展趋势进行探讨。

天基空间目标监视可见光遥感器研究

文章通过对美国天基可见光遥感器SBV性能和关键技术的分析,提出了发展中国天基空间目标监视可见光遥感器的建议。

天基可见光传感器卫星监视地球同步带目标的轨道设计

在分析地球同步轨道目标光学特性和位置特性的基础上,确定了天基可见光(Space-Based Visible,SBV)传感器监视整个地球同步带目标的搜索栅栏位置以及搜索策略,导出搜索栅栏与观测时间和观测次数之间的关系.根据航天任务需求和SBV传感器特性,确定了监视轨道的类型和参数约束条件,给出了约束条件下监视轨道的选取范围,并对其轨道观测效能进行仿真分析.仿真结果表明,通过适当选取监视轨道参数,监视轨道对地球同步带的覆盖率均可达到90%以上.如果SBV传感器视场达到4°×4°以上或搜索栅栏宽度大于40°,其覆盖率高达95%以上.

基于高/低轨监视平台的GEO卫星定轨精度比较

针对传统地基监视系统对地球同步轨道(GEO)卫星静地测量模式不利于获取其态势信息,而空间目标监视平台利用其快速轨道运动、增强观测几何强度和GEO卫星动力学模型的约束作用,有利于对GEO卫星环带的跟踪、监视和编目处理这一问题,分析了高、低轨平台与其观测模式,采用了数值微分法计算变分方程系数阵的定轨算法,统计了光学观测误差对定轨结果的影响.仿真计算表明,高、低轨平台对GEO卫星的定轨精度均在公里级,低轨平台对GEO卫星的定轨精度好于高轨监视平台,观测系统误差是定轨误差的主要来源.

天基系统CMOS图像传感器成像距离研究

CMOS图像传感器以其集成度高、功耗低、抗辐射能力强和成本低等优势已经逐渐被应用到天基空间目标可见光监测系统中。作为系统成像能力和识别能力的重要指标,准确地分析和评估CMOS图像传感器的成像距离是天基系统设计的前提和基础。在对CMOS和CCD传感器进行对比的基础上,从信噪比的角度出发,以深空作为背景,根据光度学和辐射度学的基本原理,对基于CMOS图像传感器的天基空间目标监测系统的成像距离进行了详细分析和公式推导,并以STAR-1000 CMOS图像传感器为例验证了理论模型和计算公式的正确性,最后对进一步提高CMOS图像传感器成像距离的方法进行了简要分析。

天基空间监视交会计算和可观测时段预报的误差分析

将卫星和目标的轨道预报误差引入天基空间目标监视的任务规划中,研究了交会计算和可观测时段预报的误差分析方法。在协方差转换基本方法和交会信息计算公式的基础上,推导了从RSW轨道坐标系到RAE参数(距离、方位角、俯仰角)的协方差转换方法。对LEO和GEO目标观测分别引入相对速度和角距变化率,给出了可观测时段误差的分析方法。算例表明本文的计算结果与Monte-Carlo仿真结果相对误差不大于4%,典型轨道误差下LEO和GEO目标的可观测时段误差分别为0.2秒和3秒量级。该方法对任务规划和姿态及相机导引具有指导意义,还可用于分析成功观测对轨道预报精度的需求。

基于稀疏重构的光学传感器扩展目标量测划分（英文）

提出一种稀疏重构框架下利用幅度实现扩展目标量测划分的方法.利用衍射受限光学系统特性对像平面进行网格采样,建立稀疏重构模型及"超完备字典".通过重构挖掘像元幅度值中的有效信息并基于成像机理对重构出的非目标量测进行抑制处理,利用重构出的亚像元级目标位置、幅度信息实现目标量测的划分.仿真结果表明:信噪比为6dB时,本文算法比传统方法在实现对所有扩展目标量测的正确划分上提前30s,对目标探测信息能充分利用,在量测划分准确性上比依靠距离划分的传统方法有较大提高,尤其在低信噪比条件下较传统方法量测划分的准确性提升明显.

空间目标天基光学跟踪可观测性分析

针对天基光学监视跟踪系统可观测性问题,建立了空间目标天基光学监视跟踪模型,引入跟踪滤波误差下限(CRLB)和系统可观测度定义,并提出了瞬时可观测度概念.结合仿真实验对测量条件、观测几何以及系统配置等影响系统跟踪可观测性的因素进行了分析.仿真结果表明,所提出的可观测分析方法能实现对天基光学定位跟踪系统性能的客观有效评定.

天基光学空间监视指向策略研究

针对如何提高天基光学监视对GEO目标的观测效率,开展了天基光学监视指向策略的研究。首先,对比分析了适合GEO带观测的几种天基光学监视轨道,并选择太阳同步晨昏轨道作为天基光学GEO目标观测轨道;其次,为充分利用光照条件并避免地影对GEO观测造成影响,分析了影响最佳指向角的2个因素———太阳矢量、轨道面法线矢量在地心惯性坐标系赤道面内的夹角和相机的视场角,并推导了最佳指向角的计算模型。最后,结合GEO目标的运动规律,提出了一种适合太阳同步晨昏轨道能够提高GEO目标观测效率的观测策略。

基于天基光学观测的空间目标可见性分析

基于天基光学观测的空间目标可见性分析是天基空间监视系统中的关键问题之一。对基于天基光学观测的单颗监视卫星，本文综合考虑其几何可见性、光学可见性和设备可见性，建立了获取其实际可观测区域的数学模型，并给出了仿真计算结果。

应用改进遗传算法优化天基光学监视平台轨道

针对地球遮挡、地影、太阳光干扰、月光干扰、空间目标相对观测平台的角速度等约束对空间目标可见性的影响问题,基于已编目空间目标双行轨道根数,研究以太阳同步晨昏圆轨道作为观测平台轨道,采用改进多变异位自适应遗传算法对单星观测平台轨道倾角进行优化设计。仿真结果表明,改进的多变异位自适应遗传算法有效地解决了多变异位自适应遗传算法不能保证收敛到所有种群中最优个体的问题,且随机抽取10%左右的目标样本可以达到与采用所有目标相当的性能,计算效率提高约1个量级。

天基空间目标可见光遥感器的先期研究

分析了天基空间目标可见光探测技术的优势和可实施性,详细讨论了天基空间目标可见光探测的任务需求和工作模式,以及遥感器的总体技术方案和工作原理,并对遥感器实例指标进行了分析,最后给出了开展进一步工作的建议.

基于天基光学探测信息的GEO目标识别研究

分析了地球同步轨道（geosynchronous,GEO）目标的分布规律,根据目标表面的散射特性,建立目标的高次余弦散射模型,推导出空间目标在天基光学相机入瞳处的光度模型。在仅能获得目标光度数据的天基光学观测情况下,分析观测相角和目标姿态对目标光度变化的影响,实现了对GEO目标的识别。仿真表明,该方法能够有效地实现对GEO目标工作状态和同类目标形状结构的识别。

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。

基于中低轨星座对弹道导弹监视的可探测模型

分析了中低轨卫星及星载红外传感器对导弹目标的可探测性因素,提出了几何可见、光学可见和设备可见的概念,建立了单星对导弹的可观测模型。对Walker-δ星座的3*7,7*3两种构型进行了仿真,讨论了传感器工作模式和作用距离的影响,以及可见率的数值特性,并演示了3个任务对单弹道接力跟踪的典型情形。

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。