新兴数字技术驱动的太空态势感知研究

面对未来日益严峻复杂的空间环境和空间任务,现有的太空态势感知手段和能力无法满足需求。而以大数据、云计算、区块链、人工智能为代表的新兴技术在海量数据的高效处理、大规模目标识别、动态模式监测、数据和图像可视化等方面具有显著优势,运用这些技术来改进和增强现有的太空态势感知手段成为可能。重点开展基于大数据、云计算、区块链和人工智能的太空态势感知关键技术研究,通过分析以上技术在太空态势感知上的切入点和应用前景,总结太空态势感知与以上技术相结合的体系架构、处理模式和智能算法,并给出未来展望。

空间目标态势感知及多源数据融合技术发展与应用

天基空间目标态势感知系统作为空间威胁目标运动状态监测和特性测量的重要手段,与地面感知手段相比,具有独特优势,成为当今世界航天领域的发展热点。面对空间杂光背景噪声干扰下远距离空间暗弱目标与隐身、伪装等复杂目标精确识别与测量的感知需求,依靠单一的空间态势感知手段远远不能满足未来空间对抗的发展需求。多传感器数据融合技术能弥补单个传感器感知能力的不足,使它们发挥各自的优势,形成对空间目标态势情形更加清晰、完整的多维感知描述,在扩展目标感知信息的时空覆盖性、增强目标识别能力与降低误检率方面具有明显优势。在分析主要航天国家空间目标态势感知能力及态势感知信息融合技术发展现状基础上,研究梳理相关技术与装备发展情况、未来发展趋势,并给出空间目标态势感知数据融合应用实例,最后提出我国太空态势感知系统发展的启示和建议,为我国发展天基空间目标态势感知和多源数据融合技术,加快构建天基空间态势感知一体化技术体系提供参考。

基于置信规则库的太空态势感知装备体系贡献度评估

科学有效地评估装备的体系贡献度,是有效支撑装备体系建设的前提和基础。文中在构建太空态势感知装备体系结构的基础上,提出了评估指标体系和评估模型,并采用基于置信规则库的求解方法,以地基雷达典型探测装备为例,分析了三型不同探测体制雷达装备的体系贡献度。最终得出体系整体效能评估结果,证明了文中所提方法对科学规划装备体系具有一定的指导意义。

空间环境态势感知技术研究进展

日益增多的空间目标对近地轨道环境下的空间活动构成严重威胁。空间环境态势感知技术对于监测空间目标、评估空间事件、保障在轨安全至关重要。AI应用于空间态势感知具有独特优势,体现在对传感数据的分析、挖掘能力,对复杂多变的空间环境要素的自学习与迁移能力,以及整合先验知识和现有数据实现决策与预判能力。本文概述了AI在空间环境态势感知领域的研究进展,包括数据、感知、决策三个维度。针对空间数据的特点和空间态势感知系统面临的新挑战,提出将分布式机器学习、多智能体等AI新兴技术应用于数据共享、协同监测的新思路。

地下复杂空间无人机研究进展及其面临的挑战

分析了地下复杂空间无人机的技术发展与应用现状,指出地下复杂空间无人机面临单体性能不足、环境态势感知与自主导航能力有限、编队协同能力有限等问题,针对上述问题,展望了地下无人机关键技术发展趋势:①小型化轻量化一体化无人机设计技术。通过改进无人机的机械结构,提高激光雷达、深度相机等信息感知传感器与控制系统的集成度,优化电源管理系统等,最终实现单体无人机巡航速度、续航时间等性能的提升;②GPS拒止环境下态势感知与自主导航技术。攻克即时定位与地图构建(SLAM)导航与实时路径规划等关键技术难题,围绕特定场景逐步突破算法的局限性,提升无人系统的感知能力、环境适应性和鲁棒性;③有限信息下编队协同控制技术。攻克异构/同构无人机集群协同、复杂信道环境下的无线通信等技术难题,通过优化无人机群体智能控制策略、信息交互机制及任务决策协同机制等,增强集群无人系统的鲁棒性,提高无人系统在地下复杂环境中的自适应能力,进而提升无人系统的任务执行效率与成功率。

智能地质调查体系与架构

中国地质调查局用了近10年时间,在基础地质调查和矿产调查领域基本完成了地质调查全流程数字化过程。在"云"计算与大数据技术等新一代信息技术的兴起大环境下,未来5至10年,地质调查主流程信息化的方向和目标是什么呢?本文基于新一代信息智能技术和智能设备在地质调查数据采集、数据分析处理、数据交换传输、三维建模、信息泛在服务、业务管理全面深度融合的基础上,结合智能空间与普适计算概念给出了智能地质调查定义,提出了基于云计算和Hadoop生态体系为基础的天地空一体化的智能地质调查体系、架构和应用模式,并对其关键技术进行了讨论。

俄罗斯空间态势感知体系发展综述

为掌握空间信息、开展空间活动、维护空间利益,世界强国非常重视空间态势感知体系建设。概述了俄罗斯空间态势感知有关地基雷达探测网、天基卫星监视网、地基光电观测系统、天基环境监测系统、反导识别地基雷达、反卫识别地基雷达光学综合体、空间态势信息处理中心系统等装备与系统的发展历程和能力,归纳了俄罗斯空间态势感知体系发展趋势,在总结其体系建设规律的基础上,提出了有关启示。对我加快构建一体化空间态势感知体系具有参考意义。

地质调查智能空间体系与架构

为构建新一代信息技术下的智能地质调查体系,把数字地质调查方式提升到地质调查过程智能化方式,本文以云计算、云GIS和Hadoop生态体系为基础,针对地质调查数据采集、数据分析处理、数据交换传输、三维建模、信息泛在服务和业务管理过程的环节,指出地质调查智能空间建设是智能地质调查的核心内容,提出了天地空一体化的地质调查智能空间体系、架构和应用模式,并在实际工作中对其关键技术进行了成功验证和示范。

基于特征的空间态势一体化数据模型

针对空间态势数据多源异构、分布式的特点,在分析空间态势构成要素的基础上,采用基于特征的建模方法进行概念建模,并结合面向对象的方法进行逻辑模型设计,基于XML构建空间态势数据物理模型,最终完成空间态势一体化数据模型的构建。通过实例验证表明,文中提出的空间态势一体化数据模型,可对各类空间态势数据进行统一组织管理,并可实现各空间态势信息系统之间的互操作和空间态势信息共享,具有实用性和有效性。

小卫星技术典型军事应用分析

随着航天技术的发展,现代小卫星逐渐呈现轻量化、小型化、低成本以及高功能密度和性价比等优势,小卫星已成为空间系统的重要组成部分。在军事领域,小卫星的应用对于提高太空系统战略威慑效果、满足战场力量增强需求、推行太空对抗技术发展战略、促进新技术演示验证等方面起到了巨大的推动作用。首先概述了小卫星的定义发展规模;以国外典型小卫星项目为基础,重点分析了小卫星在战场态势感知、军事通信、天基目标监视、空间对抗等领域的应用;最后结合我国小卫星发展存在的短板,对我军发展小卫星项目提出了意见建议,为我国开展基于微小卫星的太空研究提供参考。

考虑时序相关性的数据驱动电-气综合能源系统态势感知

高效准确的态势感知技术是电-气综合能源系统(electricity-gas integrated energy system,EGIES)运行风险预警的关键。但是,传统电力系统的态势感知技术无法完全适用EGIES的强非线性与异能耦合特性。数据驱动技术的快速发展为EGIES态势感知提供了新思路。为此,该文提出了考虑时序相关性的数据驱动电-气综合能源系统态势感知方法。在态势察觉阶段,利用状态估计对量测噪声进行滤波处理,求解EGIES状态量并察觉系统偏离量;在态势理解阶段,基于格拉姆角差场理论对历史偏离量变化进行时序相关性理解,同时对未来偏离量变化进行运行趋势定性理解;在态势预测阶段,建立卷积神经网络模型,利用历史偏离量预测系统未来运行趋势。基于14节点电力系统与7节点天然气系统耦合系统的算例分析表明,所提方法相比于长短期记忆神经网络、支持向量机方法的预测准确率分别提高2.87%、4.95%,其在训练集占比改变时具有更高的预测准确率。

空间目标在轨状态雷达成像估计技术综述

空间目标状态估计旨在获取目标在轨姿态运动和几何结构等状态参数,是完成目标动作意图分析、排查潜在故障威胁和预判在轨态势等任务的关键技术。通过雷达光电成像信息处理实现在轨姿态估计是空间目标状态分析的重要途径,当前已经形成了一系列代表性实用方法。该文首先简要介绍了国内外用于空间目标监测的地基逆合成孔径雷达发展现状;重点针对空间目标时序特征匹配、三维成像重建和多视融合姿态估计多类代表性方法进行原理介绍与技术总结:数据特征匹配的状态估计性能可靠但依赖目标模型先验;三维几何重建的状态估计具备目标精细刻画潜力但观测几何要求高。同时,该文也对空间目标在轨状态估计方向未来发展趋势进行了展望。

空间环境态势感知初探

空间环境态势感知(Environmental Space Situation Awareness,E-SSA)作为空间态势感知的重要组成部分,对空间系统、空间任务的指挥决策有着深刻的影响.对空间环境态势感知进行了概念解析,总结了其能力需求,以数据的获取和利用为线索,基于动态数据驱动应用系统(Dynamic Data Driven Application System,DDDAS)理念分析了空间环境态势感知构成单元,并据此讨论了空间环境态势感知系统构建的重点问题.

空间态势感知卫星非线性积分滑模控制

研究初始姿态跟踪误差较大和模型参数不确定条件下空间态势感知卫星对典型轨道目标指向跟踪控制问题。在常规积分滑模的基础上,利用最速跟踪滤波理论和超螺旋算法,设计一种新型非线性积分滑模控制器。通过指令滤波,使闭环系统运动初始时刻即在滑模面上,克服了常规滑模控制器到达阶段不具有鲁棒性的缺点。在滑模函数中加入非线性积分项,将稳态误差控制在较小范围内。通过仿真表明这种新型的滑模控制器可完成指向跟踪任务。

星间链路在空间态势感知中的应用研究

通过对星间链路和空间态势感知系统国内外发展现状的分析,指出星间链路在空间信息有效获取、安全传输和实时应用以及保障空间态势感知系统战场生存能力等方面起着重要的作用。针对星间链路在未来空间态势感知系统中的应用需求,提出包含空间通信模型和空间导航模型在内的空间感知体系基本架构,并对该架构下星间链路的设计要求或者特点进行分析,指出星间链路应该具有灵活可变的星间路由策略和联网结构,并能够支持高速可变和安全可靠的星间数据传输。分别从空间网络和卫星节点2个层面提出了系统实现的关键技术,并给出部分关键技术的研究重点和研究方法。上述研究结果可以为星间链路及相关领域的研究工作提供一定的借鉴和帮助。

基于卷积神经网络的空间目标特性聚类分析研究

空间目标特性聚类是支撑目标分析、属性分类和身份识别等指挥与控制的有效方法.原始特性数据特征不易辨识,直接聚类分析效果往往不够理想.为此,利用卷积神经网络的特征提取能力,对原始特性数据进行特征提取,获取高质量数据特征;基于K-means算法对目标特征数据进行聚类分析.实验结果表明,该方法在分析准确率和算法性能上都明显提高,有效增强了空间目标特性分析能力,能更好地支撑空间态势相关决策.

美军空间态势感知信息融合思路与途径研究

近年来,国内外研究机构对美军空间态势感知的跟踪和研究较多,但对美军空间态势感知信息融合的研究很少。针对以上现状,以数据流向和发展途径为研究主线,系统梳理了美军开展空间态势感知信息融合的参与主体、主要系统和数据流向,全面研究了美军开展空间态势感知信息融合的思路、途径及对美军空间态势感知能力的影响,为加强空间态势感知能力的发展提供了参考。

美军天域感知概念分析

为充分理解美军天域感知的概念和内涵,把握美军天域感知力量的运用模式和发展趋势,概述了美军天域感知概念的发展历程,分析了美军用天域感知代替太空态势感知的主要目的,研究了美军提出天域感知概念对未来天域感知力量建设发展的影响。研究表明,美军提出天域感知主要是为了提升感知能力和维护太空优势,未来将从装备体系、数据融合、智能指挥、国际合作等多个方面着力建设和发展天域感知力量。