基于天基光学观测的空间目标可见性分析
天基红外传感器对空间目标成像效果分析
天基红外传感器对空间目标成像效果分析作者：张雅声戴桦宇周海俊赵双来源：《现代电子技术》2018年第22期摘要：目标识别问题是弹道导弹防御系统中的核心难题之一，红外成像仿真研究是目标探测与识别的重要手段。
为此，建立天基红外传感器对大气层外弹道式目标点源成像模型，利用STK/EOIR模块，从天基传感器相机参数和目标特性两个方面仿真空间目标的红外成像效果，重点分析相机的视线抖动、相机系统噪声以及不同波段等因素对目标的成像效果影响。
所得结果能够为基于红外辐射特性的空间目标识别技术研究提供数据支持。
关键词：天基红外传感器；空间目标；红外成像； STK/EOIR；视线抖动；系统噪声中图分类号： TN214⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2018）22⁃0005⁃04Abstract： The target recognition problem is one of the core difficulties of the ballistic missile defense system， and the infrared imaging simulation research is an important means of target detection and recognition. The point⁃source imaging model of the ballistic target above the atmosphere is established by using the space⁃based infrared sensor. The STK/EOIR module is used to simulate the infrared imaging effect of the space target from two aspects of camera parameters of the space⁃based sensor and target features. Influences of factors such as camera′s line⁃of⁃sight jitter， camera system noise and different wave bands on the imaging effect of the target are emphatically analyzed. The obtained results can provide data support for the research on space target recognition technology based on infrared radiation features.Keywords： space⁃based infrared sensor； space target； infrared imaging； STK/EOIR；line⁃of⁃sight jitter； system noise天基红外传感器对空间目标的红外成像是导弹防御系统信息处理的关键和基础。
天基光学观测低轨多目标跟踪的多模型CPHD滤波方法
天基光学观测低轨多目标跟踪的多模型CPHD滤波方法李冬;玄志武
【期刊名称】《计算机工程与科学》
【年(卷),期】2016(38)4
【摘要】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.
【总页数】6页(P833-838)
【作者】李冬;玄志武
【作者单位】91550部队94分队,辽宁大连116023;91550部队94分队,辽宁大连116023
【正文语种】中文
【中图分类】TP394
【相关文献】
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2.模型参数未知时的CPHD多目标跟踪方法 [J], 李翠芸;王精毅;姬红兵;王荣
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航天光学监视中的可见性建模仿真
航天光学监视中的可见性建模仿真郭 超1, 陈 勇2（1.装备学院 研究生管理大队，北京 101416；2. 装备学院 重点实验室，北京 101416）摘 要：介绍了在轨目标可见性的三个基本条件，在此基础上针对单个监视设备，建立可见性模型，并对确定的目标进行仿真计算；提出可见区的概念，并仿真了平台轨道参数对可见区的影响，对仿真结果进行了分析，得出了有益的结论。
关键词：光学可见；几何可见；载荷可见；可见区Modeling and Simulation of Visibility In Spaced-based OpticsSurveillanceGUO Chao 1，CHEN Yong 2(1. Company of Postgraduate Management, The academy of equipment, Beijing 101416, China; 2. The academy of equipment, national defense science and technology key laboratory of for EIES, Beijing101416, China)Abstract :The three basic conditions are introduced ,and on the basis the model of visibility for single observation equipment is built, and simulation of certain target is carried out. The concept of visible area is put forward, and how the parameters of the carrier orbit affect the visible area is simulated. The result is analysed and some useful conclusions are obtained. Key words :Optical visibility;Geometric visibility;Load visibility;Visible area地面光学监视易受天气影响，监视设备不具备机动能力，监视范围与时间受地球曲率的限制，航天光学监观测距离远，观测时间长，受大气影响小，尤其在在轨目标的监视方面，具有地面监视设备无法比拟的优势，在失效卫星、空间碎片等非合作目标不断增多的今天，已经成为一种越来越有效的监视手段。
航天器自主天文导航系统的可观测性及可观测度分析
收稿日期:2004 01 13基金项目:国家自然科学基金资助项目(60174031)作者简介:宁晓琳(1979-),女,山东济南人,博士生,ningxiaolin@.航天器自主天文导航系统的可观测性及可观测度分析宁晓琳 房建成(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100083)摘 要:天文导航系统中的观测量是一个重要的精度影响因素,星光角距和星光仰角是天文导航中两种最常用的观测信息,首先介绍了这两种观测信息及其量测方程的建立,然后从天文导航系统的可观测性和可观测度的角度,以观测矩阵的条件数作为系统可观测度的度量标准,分析了由于所选用的观测量的不同所导致的系统导航性能的差别,同时给出了一种衡量天文导航系统中的观测量和系统性能的分析方法.计算机仿真结果证明了该方法的有效性.关 键 词:航天器;自主导航;天文导航;可观测度中图分类号:V 448.2文献标识码:A 文章编号:1001 5965(2005)06 0673 05An alysis of observab ility and the degree of observability inautonomous celestial navigationNing Xiaolin Fang Jiancheng(School of Ins trument Science and Opto elec tronics Engineeri ng,Beijing Universi ty of Aeronautics and As tronautics,Beijing 100083,China)Abstract :The type of celestial measurement used in the autonomous celestial navigation system is one of the most important fac tors,which effect the precision of position determination greatly.There are two main celestial measurements.One is the angle between the lines of sight to a star and earth core.The other is the star elevation angle which is the angle between the lines of sight to a star and the edge of earth disk.These two common celestial measurements and their measure ment equations were presented.The perfor mance of the system using different kind of celestial measurement was analyzed based on the observability and the de gree of observability of the celestial navi gation system.The condition number of the observability matrix is adopted as a scalar measure of degree of observ ability.The effectiveness and the validation of this analysis method were confir med by the results of c omputer simu lation.Key words :aircraft;autonomous navigation;celestial navigation;observability航天器的自主导航是实现其自主管理,从而提高在轨生存能力的基础.拥有自主导航的能力对于卫星来说具有重大意义.天文导航是一种重要的自主导航方法,它具有以下特点:1)仅需利用航天器姿态敏感部件星敏感器和红外地平仪,而不需额外增加其它硬件设备;2)不仅能提供导航信息还可以提供姿态信息;3)不需与外界进行任何信息交换,是一种完全自主的导航方法;4)不仅适用于低轨卫星而且适用于高轨卫星和深空探测器.因此天文导航备受青睐,得到广2005年6月第31卷第6期北京航空航天大学学报Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics June 2005Vol.31 No 6泛的应用.目前航天器的天文导航方法主要可分为两大类:1)纯天文的几何解析法[1];2)基于轨道动力学方程的滤波方法[2,3].前者是直接利用天文量测信息,根据航天器与天体间的几何关系,通过几何解算得到航天器的位置信息,而后者则是利用天文观测量结合轨道动力学方程,通过最优估计的方法得到航天器的导航信息.对于第2类方法,影响其定位精度的主要因素除了固有的滤波周期、状态模型误差、量测噪声以外,与系统可观测性和可观测度相关的观测量的类型和组合也是至关重要的因素.本文先简要介绍了天文导航中通常使用的两种观测量,然后通过天文导航系统的可观测性和可观测度分析,给出了基于不同观测量的导航系统的性能差别,提出了一种衡量天文导航系统中观测量和系统性能的分析方法.计算机仿真结果证明了该方法的有效性.1 天文导航的基本原理由于自然天体总是按其固有规律运动的,它们在某个时刻相对特定坐标系的位置矢量是可以精确得到的,因此在航天器飞行过程中那些便于用星载设备进行观测的自然天体就构成了天文导航的信标,通过对信标观测所获得的数据进行处理,就可获得航天器所在的位置[4].具体方法是利用星敏感器识别星,并测量该星光在星敏感器测量坐标系的方向,通过星敏感器安装矩阵的转换,可算得星光在航天器本体坐标系的方向.利用红外地球敏感器或空间六分仪可以直接测量航天器与地球之间的几何关系 航天器地心连线方向,或航天器至地球边缘的切线方向,算得地心矢量在航天器本体坐标的方向.根据航天器、所观测的导航星和地球之间的几何关系,利用卡尔曼滤波就可确定航天器所在的位置[5].2 滤波方法2.1 天文导航系统的状态模型在讨论航天器的运动时,选取历元(J2000.0)地心赤道坐标系.此时,通常选用的航天器的状态模型(轨道模型)为[6]d xd t=v xd yd t=v yd zd t=v zd v xd t=-xr31-J2R er7.5z2r2-1.5+ F xd v yd t=-yr31-J2R er7.5z2r2-1.5+ F yd v zd t=-zr31-J2R er7.5z2r2-4.5+ F zr=x2+y2+z2(1)简写为X(t)=f(X,t)+w(t)(2)其中 状态矢量X=[x y z v x v y v z]T, x,y,z,v x,v y,v z分别为航天器在X,Y,Z3个方向的位置和速度; 是地心引力常数;r是探测器位置参数矢量;J2为地球引力系数; F x, F y, F z为地球非球形摄动的高阶摄动项和日、月摄动,太阳光压摄动和大气摄动等摄动力的影响; R e是地球半径.2.2 天文导航系统的量测模型下面介绍天文导航中通常使用的两种观测量和相应的量测模型.2.2.1 星光角距星光角距是天文导航中经常使用的一种观测量,星光角距指从航天器上观测到的导航恒星星光的矢量方向与地球球心的矢量方向之间的夹角.图1 星光角距的观测模型由图1中所示的几何关系,可得到星光角距的表达式:674北京航空航天大学学报 2005年=arccos -r sr(3)即量测方程为Z (k )= +v =arccos -r sr+v (4)其中 r 是航天器在地心惯性球坐标系中的位置矢量,由地平敏感器获得;s 是导航星星光方向的单位矢量,由星敏感器识别.2.2.2 星光仰角星光仰角是指从航天器上观测到的导航恒星与地球边缘的切线方向之间的夹角,如图2所示.其中!即为星光仰角,由航天器、导航恒星和地球之间的几何关系可得!的表达式和相应的量测方程:!=arccos -s r r -arcsin R er(5)Z (k )=!+v !=arccos -s rr-arcsin R er+v !(6)图2 星光仰角的观测模型上述两种观测量都由星敏感器和地平仪获得,其测量噪声相同,只是量测方程不同.2.3 扩展卡尔曼滤波方法如果系统的状态方程为X (t )=f (X ,t )+w (t )量侧方程为Z (t )=H [X (t ),t ]+v (t )假设状态模型噪声协方差阵和量测模型噪声的协方差阵分别为E [w (k )w (k )T]=Q E [v (k )v (k )T ]=R则可以得到非线性扩展卡尔曼滤波公式如下[7]:X ^(k ,k -1)=X ^(k -1)+f X^(k -1),t k -1 T +A X ^(k -1) f X^(k -1),t k -1 T 22(7)X ^(k )=X ^(k ,k -1)+K (k )Z (k )-H X ^(k ,k -1),k (8)K (k )=P (k ,k -1)H T(k ) H (k )P (k ,k -1)H T(k )+R (k )-1(9)P (k ,k -1)=∀(k ,k -1)P (k -1)∀T(k ,k -1)+Q (k -1)(10)P (k )=[I -K (k )H (k )]P (k ,k -1) [I -K (k )H (k )]T+K (k )R (k )K T(k )(11)3 仿真结果和可观测性分析3.1 仿真条件仿真使用的轨道数据由通用的STK 仿真软件产生,使用力学模型JGM3,详细条件如下:1)坐标系J2000地心赤道惯性坐标系.2)标称轨道参数半长轴:7136.635km;偏心率:e =1.809!10-3;轨道倾角:I =65∀;升交点赤经:#=30.00∀;近升角距:∃=30.00∀.3)测量仪器的精度星敏感器的视场:10∀!10∀;星敏感器精度:3#(1%);红外地平仪的精度:0.02∀(1%).4)仿真中使用的3颗导航恒星Arcturus ( Boo ),Altair ( Aql),Atria (Tr A).5)在扩展卡尔曼滤波中使用的初始值和参数滤波周期T =3s,状态模型噪声协方差阵:Q =diag (2!10-6km)2,(2!10-6km)2,(2!10-6km)2,(2!10-8km s -1)2,(2!10-8km s -1)2,(2!10-8km s -1)2量测模型噪声协方差阵R =4!10-4,由星敏感器和地平仪的误差确定.P 0可任意选取,X 0可在真值附近的区间内选取.3.2 仿真结果和可观测性分析可观测性的概念最初是由Kalman 为了解决确定线性系统的问题而引入的.如果系统的状态能被过去的观测唯一确定,则该系统为可观测的.而航天器自主天文导航系统的状态方程和量测方675第6期 宁晓琳等:航天器自主天文导航系统的可观测性及可观测度分析程均为非线性的,对于非线性时变系统的可观测性,现在还没有统一的定义.由于非线性系统的分析方法[8]很难应用在实际的系统中,因此本文采用将非线性系统线性化为线性系统,将时变系统看作分段线性定常系统[9]的做法,结合扩展卡尔曼滤波系统的特点采用以下分析方法对自主天文导航系统可观测性和可观测度进行分析[10].对于离散非线性时变系统:X(k+1)=f(X(k))Z(k)=h(X(k))+v其可观测性矩阵定义为M=H(k)H(k+1)F(k)H(k+2)F(k+1)F(k)&H(k+n-1)F(k+n-2)∃F(k)其中F(k)=f(x)xx=X^(k)H(k)=h(x)xx=X^(k)如果rank M=6,符合可观测性秩条件,说明系统在k时刻是可观测的,同时取系统可观测性矩阵M的条件数cond M作为系统可观测度的度量标准[11],如果可观测性矩阵的条件数较大,说明该可观测性矩阵为一个病态矩阵,在相同量测误差下得到的估计误差就较大,可观测度较差,反之可观测性矩阵的条件数较小,则可观测度较好.也就是说可观测性矩阵的条件数与系统的可观测度和定位精度成反比.对于天文导航系统来说,由系统的状态方程(1)式,可得到F(k)=100T00 0100T000100T (3x2-r2) r5T3 xy r5T3 xz r5T1003 xy r5T (3y2-r2) r5T3 yz r5T0103 xz r5T3 yz r5T (3z2-r2) r5T001对于采用不同观测量的天文导航系统,其观测矩阵各不相同.对于使用星光角距作为观测量的系统,由式(4)可得其观测矩阵为h x=-s xr+x(s x x+s y y+s z z)r3h y=-s yr+y(s x x+s y y+s z z)r3h z=-s zr+z(s x x+s y y+s z z)r3H=hX=[h x h y h z 0 0 0]其中 r=[x y z]T;s=[s x s y s z]T.设在k时刻,X(k)=[4589.7 4387.9 3227.9- 4.61236 0.50138 5.8767]T用上述仿真条件中的3颗导航恒星提供的观测信息,得到k时刻的可观测矩阵M的秩, rank M=6,说明系统在k时刻是可观测的, cond M=1.9324!1016,说明该可观测性矩阵为一个严重病态矩阵,可观测度较差.对于使用星光仰角作为观测量的系统,由式(6)可得其观测矩阵为H%=h%X=h x+x R er2r2-R2eh y+y R er2r2-R2eh z+z R er2r2-R2e0 0 0相应的k时刻的可观测矩阵M%的秩rank M%=6,说明系统在k时刻是可观测的,cond M%= 14.982,显然其可观测度要好得多.更一般性地,表1中给出了使用这两种不同观测量的天文导航系统的定位导航精度和其可观测矩阵的条件数,由于系统为时变的,因此其可观测矩阵的条件数也是时变的.这里给出的导航定位精度和可观测矩阵的条件数均为系统在1个轨道周期内的1%均值.表1 结果比较表观测量导航定位精度 km可观测矩阵的条件数星光角距0.2169 2.6451!1017星光仰角0.144563.6715由于航天器运行过程中其位置不断变化,因此航天器的位置矢量与所用的3颗导航恒星之间的几何关系也不断变化,导致基于这两种观测量676北京航空航天大学学报 2005年的导航系统的可观测性和可观测度也随之变化,且变化规律各不相同,因此将这两种观测量相结合,即同时使用这两种量测信息,可以大大提高天文导航系统整体的可观测性和可观测度,提高系统性能和定位导航精度,在相同仿真条件下得到的仿真结果显示同时使用这两种观测量的导航系统的导航定位精度可达到0.1197km(1%).3.3 结果分析从上面的仿真结果可以看出可观测矩阵的条件数越小,系统的可观测性和可观测度越好,导航定位的精度也越高.从几何上分析,这是由于星光角距这一观测量中不含有与航天器的矢径r的长度相关的信息,而星光仰角这一观测量中则隐含了该信息,因此可提供给滤波器更多的信息,可观测度要高一些.4 结 论仿真结果表明天文导航系统的性能与观测量的类型以及相应的量测方程密切相关,在选择观测量时,以可观测矩阵的条件数作为系统的可观测度的度量获得的结果可作为一个参考标准,但可观测度与定位精度之间的定量关系还需深入研究,并且由于整个滤波系统非常复杂,影响因素也很多,这种主要以可观测矩阵的条件数作为衡量系统可观测度标准的分析方法也还不能分析所有影响因素,寻找可以更加全面的反映系统性能的指标和参数,也是需要考虑的问题.参考文献(References)[1]Battin R H.An introduc tion to the mathe matics and methods of astrodyna mics[M].Ne w York:A merican Ins ti tute of Aeronautics andAs tronautics,1987[2]杨 博,房建成,伍小洁.一种利用星敏感器的航天器自主定位方法[J].中国空间科学技术2001,21(2):26~30Yang Bo,Fang J iancheng,Wu Xiaojie.A me thod of autonomous posi ti on determination of s pacecraft using star sensor[J].Chi na Space Science and Technology,2001,21(2):26~30(in Chi nese) [3]董云峰,章仁为.利用星敏感器的卫星自主导航[J].宇航学报,1995,16(4):36~41Dong Yunfeng,Zhang Renwei.Satellite autonomous navi gation usi ng s tar sens or[J].J ournal of Astronautics,1995,16(4):36~41(in Chinese)[4]胡小平.自主导航理论与应用[M].长沙:国防科技大学出版社,2002Hu Xi aopi ng.Autonomous navigati on theory and application[M].Changsha:National Uni versity of Defense Technology Press,2002 (in Chi nese)[5]章仁为.卫星轨道姿态动力学与控制[M].北京:北京航空航天大学出版社,1998Zhang Renwei.Satellite attitude dynamics and control[M].Beiji ng: Beijing Universi ty of Aeronautics and As tronautics Press,1998(in Chinese)[6]刘 林.航天器轨道理论[M].北京:国防工业出版社,2000Liu Lin.Orbi t theory of spacecraft[M].BeiJing:National Defence Industry Press,2000(in Chinese)[7]Si mon Haykin.Kal man filtering and neural networks[M].Indianapolis:J ohn Wiley&Sons,Inc,2001.16~20[8]Hermann R,Krener A.Nonli near c ontrollability and obs ervability[J].Automatic Control,IEEE,1977,22(5):728~740[9]Goshen M es kin D,Bar Itz hack I Y.Obs ervability analysis of piecewis e cons tant s ys te ms I theory[J].Aerospace and Elec tronic Sys tems,IEEE,1992,28(4):1056~1067[10]Konrad Rei f,Stefan Gunther.Stochas tic s tabili ty of the discertetime extended Kal man fil ter[J].Automatic Control,IEEE Trans acti ons,1999,44(4):714~728[11]Chen Zhe.Local observabi li ty and its application to multiple measurement es ti mation[J].Industrial Electronics,IEEE Trans actions, 1991,38(6):491~496677第6期 宁晓琳等:航天器自主天文导航系统的可观测性及可观测度分析。
天基空间目标成像仿真系统设计与实现
国 防科 学 技 术 大学 自动 目标 识 别 重 点 实 验 室 ， 湖南 长 沙 ４ １ ０ ０ ７ ３ 摘 要 设 计 了一 个 基 于 可 见 光 成 像 并 针 对 空 间 点 目标 的天 基 空 间 目标 成 像 仿 真 系 统 。分 析 了天 基 空 间 目标 探 测 成 像
ｆ ｏ ｒ ｓ ｐａ ｃ ｅ ｐｏ ｉ ｎｔ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ． Ｔｈｅ ｓ ｐａｃ ｅ —ｂａ ｓ ｅｄ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｍ ａｇ ｉ ｎｇ ｐｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｓ ａ ｎａ ｌ ｙｚ ｅ ｄ． Ｔｈｅ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎｇ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｐｒ ｏ ｃｅ ｓ ｓ
激 光 与 光 电 子 学 进 展
５ ２ ，１ １ １ １ ０ １ （ ２ ０ １ ５ ）
Ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ＆ ０ｐ ｔ ０ ｅ １ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ
￣２ ０ １ ５ ￣ 中 国激 光 》 杂 志 社
天 基 空 间 目标 成 像 仿 真 系统 设 计 与 实 现
ａ ｓ ｒ ｅ ｃ ｔ ａ ｎｇｌ ｅ ｓ ，ｃ ｙ ｌ ｉ ｎｄｅ ｒ ｓ ａ ｎｄ ｓ ｐｈｅ ｒ ｅｓ ． Ｔｈｅ ｃ ｏｎｃ ｅ ｐｔ ｏ ｆ ｔ ａｒ ｇｅ ｔ ｏｐｔ ｉ ｃ ａｌ ｃ ｒ ｏｓ ｓ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｐｒ ｏ ｐｏｓ ｅ ｄ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｃ ｅ ｆ ｏｒ ｒ ａｄａ ｒ ｃ ｒ ｏｓ ｓ
的过 程 ， 据此 将 成 像 仿 真 过 程 分 为轨 道 仿 真 、 恒 星 背景 成 像 仿 真 、 目标 成 像 仿 真 及 电荷耦 合 器 件 （ Ｃ Ｃ Ｄ ） 传 感 器 系 统 仿 真
空间目标天文定位方法及观测分析
空间目标天文定位方法及观测分析
刘美莹;王虎;汶德胜;冉晓强;赵惠;杨少东
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2014(0)11
【摘 要】研究并分析了一种加权最小二乘曲面法,将其用于空间目标天文观测,该方
法不仅简单方便,而且还能够用于高准确度、大数据量的天文定位.通过实际星空观
测,对连续拍摄的星图进行分析计算,结果表明,拟合均方误差在赤经和赤纬方向均优
于4″.赤纬的定位准确度高于赤经的定位准确度,在赤经与赤纬方向上的最大定位误
差分别为5.13″和1.74″.该方法降低了恒星位置误差对观测结果的影响,剔除了定标
星的偶然匹配误差,提高了观测数据的利用率以及天文定位准确度,在实际工作中有
较高的应用价值.
【总页数】8页(P153-160)
【关键词】天文定位;空间目标;坐标变换;加权最小二乘;高准确度;误差分析;天文观
测相机
【作 者】刘美莹;王虎;汶德胜;冉晓强;赵惠;杨少东
【作者单位】中国科学院西安光学精密机械研究所
【正文语种】中 文
【中图分类】V444
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1.空间时代的天文学研究——从空间天文观测到诺贝尔物理学奖 [J], 张双南
2.空间目标天基天文定位误差分析 [J], 张辉;田宏;林玲;刘恩海;张文明
3.空间天文学观测—天文观测手段的飞跃 [J], 王颖宏
4.基于星图识别的空间目标快速天文定位 [J], 史春民;
5.空间目标天基双星立体天文定位 [J], 赵巨波;徐婷婷;杨秀彬;永强
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天基空间目标探测系统技术研究进展
1 引言衡量一个国家的空间作战能力主要有三大指标：空间监视和预警能力、空间部署能力和空间攻防能力。
在新的军事斗争形式中，空间监视是空间部署、攻防的基础，其主要任务是：探测和跟踪重要空间目标，确定可能对航天系统构成威胁的航天器的任务、尺寸、形状、轨道参数等重要目标特性；对目标特性数据进行归类和分发。
空间目标监视具有重要的军事价值，不仅可以帮助确定潜在敌人的空间能力，还可以预测空间目标的轨道，对可能发生的碰撞和对己方空间系统的攻击进行告警等。
2 空间目标探测空间目标探测实现的基本途径主要有地基探测与天基探测。
本文主要研究讨论天基探测。
天基空间目标探测是利用位于天基平台的监测设备进行探测的方法。
由于探测位置与空间目标的距离更近，并且没有大气对信号的干扰（例如消光和吸收），天基探测方法的分辨率更高。
空间目标的天基测量从测量形式上可以分为天基遥感监测、天基直接监测、航天器表面采样分析等3种主要手段，其中天基遥感监测属于主动式监测方式，而后两种则为被动式的空间目标监测。
2.1 天基遥感监测天基遥感监测设备包括光学望远镜、微波雷达、激光雷达、太赫兹雷达等，其监测平台包括卫星、飞船和空间站。
光学望远镜是搭载于天基平台上的电子望远镜，具有很高的监测分辨率，但监测过程受到监测平台位置和监测时间段的限制，监测效率低，在实际应用中有其局限性。
雷达技术由于发展时间长，理论完备、技术成熟、手段多样，因此成为探测中、小尺度危险碎片的主要手段之一，更是空间目标天基探测的未来发展方向。
随着毫米波雷达技术的突破，为天基雷达的小型化、高精度、高效率提供了技术支持。
微波雷达利用无线电波测定目标位置及其相关参数的电子设备。
微波雷达在太空中工作，采用较小天线孔径和发射功率，就能监测到距离较远、尺度较小的空间目标。
激光雷达以激光作为辐射源，将雷达的工作波段扩展到光波范围，具有定位精度高、监测分辨率高、抗干扰性强的特点，同时在太空中监测具有较小的损耗，因而成为太空中用于空间目标监测的有效手段。
多站观测空间目标可见光散射特性及相关性分析
多站观测空间目标可见光散射特性及相关性分析陈方涛;魏江涛;石启亮【摘要】鉴于空间目标的光散射特性对目标的探测、跟踪与识别等空间突防技术具有十分重要的应用价值,利用双向反射分布函数(BRDF)将光辐射的入射照度和目标的散射亮度联系起来,结合目标的几何建模与轨道理论,计算出某时刻在东北3站观测风云卫星可见光散射亮度变化情况,其峰值随时间依次达到或接近于7.5×10-3 W/cm2·sr,而新疆阿勒泰散射亮度在东北3站达到峰值时只有3.75×10-3W/cm2·sr,得出东北3站点卫星光散射亮度趋势相似,只是由于纬度差异使变化趋势在时间上有所延迟,而在与之经度有很大差别的新疆地区的阿勒泰站点的亮度变化趋势则有很大不同.该方法已经在获取空间目标更多信息选择多站观测中取得应用.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2014(035)001【总页数】5页(P53-57)【关键词】空间运动目标;多站观测;可见光;空间相关性;影响因素【作者】陈方涛;魏江涛;石启亮【作者单位】中国卫星海上测控部,江苏江阴214431;中国卫星海上测控部,江苏江阴214431;中国卫星海上测控部,江苏江阴214431【正文语种】中文【中图分类】TN25引言随着科技的发展，特别是军用航天技术的发展，成百上千的航天器进人太空，在民用与军用中发挥重要作用。
因此开展空间目标光散射特性的研究［1］对目标的探测、跟踪与识别等空间突防技术具有十分重要的应用价值。
在地球大气系统，地基空间目标可见光谱散射特性除与地基探测系统、目标形状、姿态和尺寸、目标高度、大气环境参数和目标表面材料性质参数（折射率和表面粗糙度）等有关以外［2］，还与目标、太阳、地面观测站三者之间的相对几何关系密切相关［3］。
本文利用Modtran大气传输模型［4］计算了太阳光谱辐照度及不同时刻的背景辐射，结合目标双向反射分布函数的物理意义及目标的几何建模和轨道理论，计算了运动目标在复杂背景条件下不同观测站的光散射的空间强度分布特性，分析了不同观测站观测对目标散射特性的影响及其空间相关性。
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Ａｎ ｌｓ ｆＳ ａ ｅＯｂｅ ｔ ｉ ｂｌｙ Ｂ ｓｄ ｏ ａｙｉ ｏ ｐ ｃ ｊｃ’ Ｖ ｓ ｉｔ ａ ｅ ｎ ｓ Ｓ ｉ ｉ
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观测 的单颗监视卫 星， 本文综合考虑其 几何 可见 性、 学可见性和设备 可见性 ， 光 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 。
关键词 天基监视 ； 几何可见 ； 光学可见 ； 设备 可见 ； 坐标转换 ； 地影 文献标识码 ： Ａ 中图分类号 ： ４ ２４＋１ Ｖ １．
基 于天 基 光 学观 测 的 空 间 目标 可 见 性 分 析
赵 砚 易 东云 潘晓刚 李 贞杰
（ 国防科技大学理学 院 ・ 湖南 长沙 ・ １０ ３ ４ ０７ ）
摘
要
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
、
光视为与赤道平面平行 的平行光。该假设过于简单。
图 １ 监视 卫星 的各 种可见性示例
ｃｎｉ ｒｔ ｎｏ ａｇ ｅ ｕ ｅ ｌ ｃ ａｅｉ ’ ｇｏ ｅ ｙｖｓ ｉｔ， ｐｉ ｉｂ ｉ ｎ ｑ ｉｍ ｎ ｉｂｌ ，ａｄｔｅ ｏｓ ｅａｉ ｆ ｖｎｓｒ ｉａ ｅｓｔ ｌｅ ｅｍ ｔ ｉｂ ｉ ｏｔ ｓｖ ｉｉｔ ａ ｄｅｕｐ ｅｔ ｓ ｉｔ ｎ ｎｉ ｄ ｏ ｉ ｖ ｌｎ ｌｔｓ ｒ ｉｌ ｙ ｃ ｓ ｌｙ ｖｉ ｉ ｙ ｈ ｓ
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维普资讯
第２ ６卷
第 ３期
飞行 器测 控学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｐ ｃ ｃ ａｔＴ ｏ ｒ ａ ｆＳ ａ ｅ ｒ ｆ Ｔ＆Ｃ ｃ ｎ ｌ ｇ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ
Ｖ０． ６ Ｎｏ ３ １２ ．
２０ ０ ７年 ６月
Ｊｎ ２０ ｕ ．０ ７
（ｃ ｏｌ ｆ ｃ ｎｅ Ｎ ｔｎ ｌ ｎｖｒｔ ｆ ｅｅｓ ｅｈ ｏｏｙ ｈｎｓａ ｕ ａ ｒｖｎｅ４０ ７ ） Ｓ ｈｏ ｉ ｃ ， ａｉ ａ ｉ ｓｙｏ ｆ ｅＴ ｃｎ ｌ ，Ｃ ａｇｈ ，Ｈ ｎｎＰｏｉｃ １０ ３ ｏＳｅ Ｔ ｅａ ａ ｓ ｆ ｐｃ ｂｅｔ ｖｓ ｉｔ ｂ ｓｄｏ ｐｃ・ａｅ ｐｉ ｂｅｖｔ ｎｉｏ ｅ ｆｈ ｅ ｒｂｅ ｓｉ ｂ ｔ ｔ ｈ ｎｌ ｉ ｏ ａｅｏｊｃ ’ｉ ｂ ｉ ａｅ ｎｓａｅｂｓｄｏｔ ｓ ｓｒａ ｏ ｎ ｅｋｙｐｏ ｌ ａ ｙｓ ｓ ｓ ｉ ｌｙ ｃｏ ｉ ｓ ｏｔ ｍ ｎ
中低轨监 视卫 星相 对 于 要 观 测 的空 间 目标 运 动
监视卫星
极快 ， 此条件下对空 间 目标定 轨的研究 ， 首先要 解决 中低 轨 光 学 监 视 卫 星 对 空 间 目标 的 可 观 测 性 问题 。 光学监视卫星对于空 间 目标 ， 只有做到几何可见 、 光 学 可见 和 设 备 可 见 ， 能 实 现 实 际 可 见 （ 图 １所 才 如
示） 。亦 即 ， 监视 卫 星 的 实 际 可 观 测 范 围是 上 述 三 种 可 见范 围的交集 。
文献［ ］ １ 在讨论 天基光学设备监视范 围时， 以被 观测空间 目标相对于心的弧长为判断依据 ， 所有轨道 均视为大倾角（０ ） ９ 。 圆轨道 ， 且以平面几何考虑 ， 阳 太
０ 引
言
天基空间监视网是空间监视网发展的必然趋势。天基监视系统中的光学设备主要用于对空间 目标的 跟踪和定轨… 。典型的天基空间监视系统 当属美 国的 Ｓ Ｖ计划 。该计划所涉及的核心传感器是可见 Ｂ 光波段 的光 电照相机 ， 于低轨 Ｍ Ｘ卫星平 台上。由于在轨道位 置上有宽视场和高测量精 度等优势 ， 位 Ｓ Ｓ Ｖ相机能够获取有关低轨和地球同步轨道上的空间目标的更多轨道信息， Ｂ 实现对空间 目 标的探测与跟踪。
ｓ ａ ｅ ｂ ｓ ｄ ｓ ａ ｅ ｓ ｒｅ ｌ ｎ ｅｓ ｓ ｍ．Ａｓｆｒａ ｓｎ ｌ ｕ ｅＨａ ｃ ａｅｌ ｅｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｓ ａ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｔ ｓｏ ｓ ｒ ａｉ ｎ ｐ ｃ — ａ ｅ ｐ ｃ ｕ ｉ ａ ｃ ｙ ｔ ｖ ｌ ｅ ｉ ｇｅ ｓ ｒ ｉ ｎ ｅｓ ｔ ｌ ｔ ａ ｅ ｎ ｔ ｐ ｃ － ａ ｅ ｐ ｉ ｂ ｅ ｔ ， ｏ ｖ ｉ ｈ ｃ ｖ ｏ ｈ ａ ｅ ｓ ｌ ｅ ｔ ｅ ｔ ｌｍｏ ｅ ｅ ｕ ｉ ａ ｃ ａｅｌ ｅｓ ｅ ｏ ｓ ｒ ｔ ａ ｒ ｇｏ ｙ ｉ ｔｇ ａ ｉ ｈ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｅ ｔｂ ｉｈ ｓ ａ ｍａｈ ｍａ ｉａ ｄ ｌ ｏ ｇ ｔ ｅ ｓ ｒｅ ｌ ｎ ｅ ｓ ｔ ｌ ｔ ’ ｒ ａ ｂ ｅ ａ ｉｎ ｅ ｉ ｎ ｂ ｎｅ ｒ ｔ ｇ ｔｅ ａ ｓ ｃ ｔ ｈ ｔ ｖ ｌ ｉ ｌ ｖ ｏｌ ｎ