面向空间目标监视的星图模拟器设计与实现

提出并实现了一种应用于光学空间目标监视地面仿真实验的目标模拟器系统。目标模拟器系统以高性能图形工作站和液晶显示器为硬件，通过软件方法，动态表现恒星、日、月、地球等自然天体对敏感器的光学特征，并通过建立球面光反射模型，模拟出自然环境中的空间目标航天器。系统可作为空间目标监视敏感器的地面仿真实验的目标模拟器，亦可以应用于星敏感器的地面实验。     

空间目标天基监视分布式仿真系统设计

以HLA在航天系统仿真领域的广泛应用为背景,设计了基于HLA的空间目标天基监视分布式仿真系统。在系统架构层面,设计数据层、模型层、任务层的分层结构。在系统设计方面,设计仿真控制成员、天基监视成员、光学载荷成员、空间目标成员和视景仿真成员,建立天基监视系统中的轨道动力学及机动模型、姿态动力学与控制模型、载荷指向及目标成像模型。在系统实现方面,基于RTI进行系统集成。应用Vega Prime和OpenGL实现天基监视视景仿真和光学成像仿真,完成空间目标天基监视任务的仿真验证。     

相关序列小目标图像运动跟踪与仿真研究

针对气动光学效应降晰过程的复杂性,提出了一种基于图像相关性的序列小目标图像运动跟踪及去噪算法.该算法结合序列图像的相关性,避免了因采集时间的延长而使得序列图像中的小目标偏移太大.在相关序列图像的基础上,通过滤波技术,结合"小波变换的背景融合"算法,得到对运动目标背景的估计.以此估计背景为基础进行运动小目标的估计、灰度质心计算,得到运动目标的跟踪.仿真研究结果表明该算法实现了气动光学效应相关序列小目标图像的运动跟踪,背景融合技术和目标图像的估计降低了噪声带来的影响,对气动光学效应序列图像研究具有重要价值.     

基于小区域滤波的快速星图弱小目标分割算法

时间序列帧星空图像中弱小目标的检测是天基监视地球同步轨道卫星需要解决的关键技术之一,星图中的背景杂波抑制与小目标分割对运动目标的检测与精确测量是至关重要的。针对这一问题,提出了一种基于小区域滤波的快速星图弱小目标分割算法。首先采用最小二乘拟合方法得到高斯背景均值和标准差;然后利用小区域滤波抑制背景杂波;最后利用固定阈值滤除灰度过小像素点。实验结果表明,该算法能够较好地保持恒星和运动目标的边缘,为恒星和运动目标的快速定位奠定了基础。     

湍流对超音速导弹光学图像的影响数值仿真

利用大涡模拟得出湍流瞬态密度值 ,并根据Gladstone Dale关系计算出飞行器周围流场的折射率 ,从而为定量研究导弹导引头光学性能提供依据。首先依据大涡模拟理论对Navier Stokes方程进行滤波 ,建立可压缩湍流亚格子模型和大涡模拟方程。根据物理光学理论 ,计算了光学点扩散函数 (PSF)。数值仿真结果表明 :湍流对导弹光学系统图像将产生抖动、畸变和图像破裂等影响。这些影响与来流马赫数、飞行高度和攻角密切相关。定量得出的结果为下一步进行光学图像校正奠定了基础。     

基于航空图像的航天光学遥感器成像的仿真

针对早期光学遥感成像模拟软件基于地面图像的情况,提出针对机载航空图像进行航天光学遥感器成像仿真的方法。以在一定高度下机载航空图像为基础,利用经验线性法进行反射率反演,借助于大气辐射传输软件MODTRAN对地面反射率图像进行大气修正,结合航天光学遥感器定标系数得到了灰度值图像。实际应用表明,利用机载光学遥感器对研究区域进行光学成像,通过系统仿真得到航天遥感图像,从而为目标识别、伪装效果检验等提供了有效的手段。     

空间监视卫星捕获识别能力建模与仿真

首先在监视载荷性能指标模型和空间目标特征模型的基础上,建立便于仿真的捕获识别能力模型。接着利用VC++6.0设计开发空间监视卫星捕获识别能力仿真软件,通过不同监视轨道和不同监视载荷及其组合,对不同空间目标的捕获识别能力进行仿真。最后得到了有关监视轨道选取和载荷搭配的结论。     

面向小型航空器应用的光学复眼仿真软件设计

光学复眼视场大、视角多、分辨率高,具备与小型航空器共形结合的优势,在侦察监视、目标探测和图像导航等方面具有应用价值。针对实际应用中存在的光学复眼设计研制周期长、航空器飞行成本高的现状,设计了一种面向小型航空器应用的光学复眼仿真软件。该软件集复眼成像、航空器模拟、数据管理于一体,各功能接口可扩展。仿真表明,在9个子眼的配置下仿真帧率可达到23.3fps,结果精确。该软件可用于光学复眼设计方案优选与应用算法验证,对面向航空器应用的复眼系统研制具有重要意义。     

天基光学监视系统空间目标定轨精度仿真分析

天基光学监视系统具有获取空间态势信息的优势,是进行空间目标监视与跟踪的重要发展方向。主要研究基于天基光学监视平台的空间目标的可见区域分析和轨道确改进定算法,仿真实现了天基监视系统对空间目标的定轨功能,分析了天基光学监视平台对高、中、低轨三类典型空间目标的定轨精度。通过仿真实验可以得出,由高低轨监视平台组成的联合监视系统提高对空间目标的轨道确定精度,其中低轨空间目标定轨精度误差约20米,中高轨空间目标定轨精度300米左右。

Abstract：

Space-based optical surveillance system has advantages accepting state information of space-objects, and is an important tendency in the realization of surveillance and tracking for resident space objects. The orbit determination theory for space objects and its cover region by space-based optical surveillance system were analyzed. The function for space objects was simulated. The accuracy of three kinds of space objects based on space-based optics surveillance system was studied. Simulation experiment shows the surveillance system which constitutes of high/low orbit surveillance platforms can improve the accuracy of space objects, and therein the orbit determination precision for low-orbit space objects reaches 20m, while that for high-orbit space objects about 300m.     

含噪远距离运动目标图像自动识别的技术途径与方法的研究

本文主要研究含噪远距离运动目标即运动点目标图像自动识别问题，提出了利用点目标运动特性与能量辐射特性来进行目标识别的新技术途径，讨论了点目标运动轨道与速度参数以及其能量辐射特性参数的获取方法和多层前馈二阶神经网络分类器的设计方法。在微机上以三类含噪运动点目标图像识别为例，对文中有关点目标特征参数的获取与分类方法进行了仿真实验，结果表明，本文提出的含噪运动点目标图像自动识别的途径与方法是可行和有效的。     

基于尺度空间粒子滤波器的多参考#br# 直方图目标跟踪算法

在基于直方图的序列图像目标跟踪算法中,目标的直方图通常都是在跟踪初始化时从目标所在的区域获得,然而单个直方图难以适应跟踪全过程中目标的各种变化。针对事先已知目标几种典型外观的跟踪问题,提出了一种基于粒子滤波器的多直方图尺度空间跟踪算法。利用多个典型直方图的线性加权来表示目标的直方图,根据目标的当前区域估计加权系数,生成下一帧的目标概率分布图,在目标概率分布图上运用尺度空间粒子滤波器,来估计多尺度规范化Laplacian滤波函数的极值,从而实现目标的定位。通过在真实序列上与现有算法的对比,表明了此算法不仅可以适应目标的色彩和明暗变化,而且能更准确地描述目标的大小,显著提高跟踪的精度。     

基于滑模观测器的非线性系统迭代学习控制

针对相当广泛的一类非线性系统有限时间轨迹跟踪问题,提出了一种基于滑模观测器的迭代学习控制算法。根据系统的非线性特性,利用一种滑模观测器对系统的状态进行估计,根据估计信号设计了一种类D型开环迭代学习控制律。这种控制方法不需要对系统的跟踪误差信号进行微分,从而对系统的量测噪声不敏感。给出了控制算法的收敛性证明,通过仿真实验证明了这种算法的有效性。     

一种利用宽带信号对弹道目标成像和跟踪的方法

宽带成像雷达通常采用窄带跟踪、宽带成像的交替工作方式。该方法需要花费两个雷达重复周期才能完成对目标的跟踪和宽带成像,降低了雷达跟踪、成像的数据率。为了克服这个缺点,提出了一种基于宽带固态相控阵雷达对弹道目标成像同时进行跟踪的方法,一个周期就可同时完成对目标的成像和跟踪,大大节省了雷达资源,提高了雷达数据率。同时论述了宽带信号距离信息和角度信息提取方法,利用仿真和模拟试验验证了方法的正确性。     

基于模糊决策的快速星图识别

空间碎片问题日益严重, 需要对其进行常态化监测。光学观测作为重要的监测手段, 需要依靠快速的光学图像处理技术, 采用天文定位方法得到空间碎片的赤经-赤纬测量信息。星图识别是天文定位的关键步骤, 直接影响着图像处理的速度和结果精度。本文提出了一种改进的基于模糊决策的快速星图识别方法, 在保持快速处理的情况下提高了星表匹配的准确性。利用新疆南山站25 cm望远镜的图像对该方法进行了测试, 取得了良好的效果, 证明了算法的有效性和稳定性。     

基于分形理论和神经网络的红外图像分割算法

针对实现红外图像的分割,快速准确地检测出红外序列中的人造目标的需要,结合分形特征和Ko-honen神经网络的特点,提出了一种基于分形技术的图像分割算法。该算法利用自然背景和人造目标的不同分形特征检测目标,提出了包括分形维数在内的7个红外图像特征,结合神经网络的自组织学习能力来进行图像分割。给出了算法实现的具体步骤。仿真试验结果表明,该算法能有效地实现红外图像的分割。     

近地天体与空间目标初轨确定的多解问题

针对近地天体与空间目标光学观测资料初轨确定过程中求解Laplace或Gauss八次方程时遇到的多个根无法判别的问题, 提出了一种有效的选择算法。通过构建Laplace八次方程, 分析了八次方程系数与根的个数之间的关系。利用观测平台地心距对八次方程进行归一化, 消除了平凡解, 并分析了方程非伪解个数与观测几何之间的关系。从求解半通径的方程出发, 利用Shefer方程, 推导了斜距约束, 得到了观测时间间隔和斜距变化量之间应满足的方程组的解析形式, 给出了利用该方程组判别非伪解的方法。最后, 对近地天体和空间目标的初轨确定进行了仿真验证, 仿真结果表明本方法能快速且有效地选择出正确的根, 解决了多个非伪解难以选择的问题。     

基于OpenGL的目标序列影像姿态仿真方法研究

详细探讨了OpenGL模拟成像特点,结合光电测量系统性能虚拟测试的需求,提出了一种基于序列影像的飞行目标姿态仿真方法,建立了运动特征仿真模型及解算方法,实现了目标运动轨迹与姿态变化的独立模拟,仿真出丰富多样的姿态变化特征。利用双站姿态交会测量算法对模拟影像姿态精度进行了检测,验证了仿真结果的可行性。该方法已有效应用于光电测量系统目标姿态提取算法性能的仿真测试。     

有限记忆ISODATA算法在航迹关联中的研究

针对多传感器多目标航迹关联的特点,提出了将基于聚类分析的ISODATA算法应用于航迹关联的解决方法。将表征航迹特征的参量构成待分类的样本空间,利用ISODATA算法对来自不同传感器的航迹进行关联。构建了基于ISODATA算法的有限记忆关联模型,利用有限步的历史航迹状态数据,有效地解决了目标密集环境下的误关联问题。通过仿真研究说明了算法的有效性。     

Compressive sensing for small moving space object detection in astronomical images

It is known that detecting small moving objects in astronomical image sequences is a significant research problem in space surveillance.The new theory,compressive sensing,provides a very easy and computationally cheap coding scheme for onboard astronomical remote sensing.An algorithm for small moving space object detection and localization is proposed.The algorithm determines the measurements of objects by comparing the difference between the measurements of the current image and the measurements of the background scene.In contrast to reconstruct the whole image,only a foreground image is reconstructed,which will lead to an effective computational performance,and a high level of localization accuracy is achieved.Experiments and analysis are provided to show the performance of the proposed approach on detection and localization.