美国研制3.6万公里高的静止轨道光学侦察卫星

正日前,有媒体报道称,美国国防部正在研究地球静止轨道光学侦察卫星,该卫星运行在3.6×104km高的地球同步轨道,可对地球40%的面积进行持续侦察。由于地球静止轨道光学侦察卫星拥有超强的持续侦察能力,因此有"间谍卫星之王"的称号。目前,世界各国现役光学侦查卫星的运行轨道高度一般集     

一种用于敏捷卫星自主任务规划的云顶高探测方法

高分辨率光学对地观测敏捷卫星自主任务规划需要对成像目标区域上空云层进行在轨提前探测,以修正成像时间窗,提高卫星使用效能。其中云高度是必不可少的信息,提出了一种用于敏捷卫星自主任务规划的云顶高探测方法。根据不同角度的遥感图像对之间云层以及地面匹配关系的差异,以地面为基准,求出图像间云层对地面的投影偏差,再利用几何关系,计算云层云顶高度。仿真模拟实验的结果表明本文算法探测云顶高与实际云顶高差距小于1 pixel,并且在图像间发生旋转、仿射等变换的情况下依然有稳健的表现。误差分析给出了算法相对误差随成像角度的变化趋势。多角度成像分光辐射度计图像处理结果表明该算法在实际应用中性能良好。     

基于光学散射特性的失稳空间目标旋转分析

本文提出了基于光学散射特性的失稳空间目标旋转速率实验模拟方案以及数据处理方法,解决了失稳空间目标旋转速率反演的问题。实验构造了模拟真实光学观测的测试系统,使得卫星模型姿态、太阳方位、探测器观测角均与STK模拟场景相同,并模拟了低轨STSS卫星失稳条件下的探测过程,获取了多个周期的探测数据。通过频谱分析法、自相关法、交叉残差法处理实验数据,发现三种方法都可以成功反演出卫星模型的旋转速率,但交叉残差法受干扰较小,结果更准确。通过本文的工作,为今后通过光学散射特性反演真实卫星旋转速率提供了依据。     

基于蒙特卡罗方法的卫星光学波段闪电辐射观测模拟

我国下一代静止气象卫星风云四号将首次搭载光学闪电成像仪上天,对闪电和与之相联系的强对流天气进行实时、连续观测。对未来风云四号卫星闪电观测资料的特性进行预先研究,一个重要的途径就是建立光学波段的闪电辐射传输模拟算法,对闪电辐射的物理过程及卫星观测到的闪电辐射光学特征进行模拟研究。结合风云四号卫星闪电成像仪观测的几何和波长参数,在构建简化的闪电光源模型和雷暴云模型的基础上,利用蒙特卡罗随机模拟和光子追踪方法,模拟得到了风云四号卫星闪电成像仪观测到的云顶闪电信号,并对其辐射特征进行了初步研究。结果表明,基于蒙特卡罗方法的闪电辐射传输模拟,可以从理论上揭示卫星光学波段闪电辐射观测与最重要影响参数之间的联系,这将为未来星载闪电资料的应用提供非常有价值的信息。     

卫星侦察舰船目标分布预测及效能分析

信息化作战条件下,卫星侦察舰船目标情报的获取成为分析判断现代战争海战场态势的重要依据;根据舰船目标位置、速度及航向角等初始要素及分布预测,推导出概率密度分布函数,进而通过网格统计法计算卫星侦察舰船目标效能评估指标;选取三类六颗侦察卫星进行仿真,结果表明多星联合侦察效果明显优于单星侦察。     

三轴稳定地球同步轨道卫星帆板季节性闪光现象研究

季节性闪光现象是由三轴稳定地球同步轨道(GEO)卫星保持的特殊对地位置及卫星帆板的运动特点产生的。结合卫星帆板材质的双向反射分布函数及太阳在地球坐标系下的运动规律,分析了帆板季节性闪光现象的原理,定量研究了地面站观测帆板闪光现象的相关规律并进行了仿真验证。研究表明,地面任意地点的望远镜每年都有两个时段能够观测到GEO卫星帆板闪光现象,每次持续约21d,每颗卫星每天的观测时间约32min。该结论不仅能够为观测GEO卫星提供参考,也可为分析卫星工作及运动状态提供依据。     

基于阵列光电侦察系统空间观测数据融合方法

利用阵列式网络具有探测覆盖面积大、可靠性高、环境适应性强等技术优点，在组网内各侦察设备获得目标连续随时间变化的方位角、俯仰角等信息基础上，提出了基于阵列光电系统观测数据的坐标转换和数据融合方法。系统侦察站采用m×n阵列布站组网，目标进入侦察覆盖区域后各侦察站全方位观察，获得目标的角位置信息与时间数据，实时发送至中心站进行坐标转换与数据融合处理，实现对空间目标的快速探测及坐标定位。同时设计了相关算法软件并进行了外场实验，在1×3侦察阵列下完成了对空域目标的侦察观测，根据中心站数据处理结果实时建立了被测目标的三维航迹。实验结果表明:提出的坐标转换与数据融合处理方法，能够有效提升阵列光电系统的实际应用能力。     

利用光照反射模型分析中高轨人造卫星测光特性

利用光照反射模型分析中高轨人造卫星测光特性,以不同形状特性、姿态稳定方式和技术状态的中高轨人造卫星为研究样本,进行可见光波段的时间序列测光观测,并给出了卫星视星等斜距改正和相位角计算的方法。首先,利用球状卫星测光特性实验数据验证了其镜面反射和漫反射光变特性理论模型计算结果,并进一步探讨了复杂形状卫星的光变特征。其次,分别对类柱状受控卫星和失控卫星的理论模型计算结果和实验观测数据进行对比分析。实验结果表明,卫星光变曲线与卫星物理特性,如生存状态、形状特性、姿态稳定方式等相关,可为分析卫星的技术状态及其历史演化过程提供判定依据。     

低轨道轻质星载一体化空间光学遥感器的热设计

根据空间光学遥感器的轨道特点和任务需求,通过仿真分析对其进行了热设计。考虑近地空间环境的特殊性,选择防原子氧布作为多层隔热材料的面膜。为减小遥感器框架上安装的星上设备对遥感器温度的影响,设计了大热阻安装结构并使用了聚酰亚胺隔热垫。根据离轴三反光学遥感器及星载一体化卫星的结构特点,划分了主动加热区域,分配了加热功耗。由于遥感器对地观测频率低、工作功耗小、工作时间短,CCD焦面组件不设置散热面。根据遥感器的轨道参数和姿态,确定了3个典型工况并对其进行了仿真分析和热平衡试验。结果显示,遥感器本体温度为（18±4）℃、光学元件温度为（18±2）℃、CCD温度≤30℃,得到的仿真分析结果和试验数据验证了遥感器热设计的有效性。     

南京地区气溶胶散射特性综合观测

利用中国气象局南京综合观测基地的Rayleigh-Raman-Mie激光雷达Mie通道实测数据反演分析南京北郊气溶胶光学消光特性。对2013年11月至12月雾霾天气进行观测并分析得到光学消光系数,并结合CALIPSO卫星搭载的激光雷达CALIOPSO level.2分类产品数据进行消光特性参数分析。利用CALIPSO监测2012年冬季一次沙尘过程所得结果与地基微脉冲偏振激光雷达结果一致。     

航空光电侦察技术发展研究北大核心CSCD

航空光电侦察具有隐蔽性强、直观性好、分辨率高等优点,一直是各国军事侦察的重要手段。根据作战任务需求,将航空光电系统分为凝视观瞄、情报侦察监视、红外搜索与跟踪、告警与对抗四大类。列举了典型产品,分析其特点及技术途径,从光学实现、稳定平台演进、瞄准线稳定、态势感知、轻量化、多任务协同、开放式系统架构(open systems architecture, OSA)等多方面分析国内外航空光电侦察技术和装备的发展情况及趋势。     

Analysis of queuing delay in optical space network on LEO satellite constellations

Low earth orbit (LEO) satellite constellations using laser inter-satellite links (ISLs) are recognized as a promising technology to provide global broadband network services. In this paper, the queuing delay model of an optical space network built on LEO satellite constellations is established. It is assumed that the optical space network employs wavelength division multiplexing ISLs with wavelength routing technology to communication satellites and makes routing decisions. With consideration of the network task characterizations such as distribution of task arrival time and task holding duration, simulation experiment results are analyzed and the expression of optical space network queuing delay is given. Both theoretical analysis and simulation results show that features of queuing delay vary with distribution characterizations of the network tasks. It is hoped that the study can be helpful to evaluate the design of constellation networking.     

DARWIN – The infrared space interferometer

The major technical elements of the DARWIN mission are described. These are based on the analysis and design work carried out by Alcatel Space during the course of an industrial contract issued by the European Space Agency, for the preliminary feasibility study of the mission. It is found that the initially chosen scientific and system requirements of the DARWIN mission, including that corresponding to the highly challenging task of detecting and spectrally analysing `Earth-like' exo-planets orbiting nearby stars, can be satisfied. It has also been shown that a complementary `imaging capability' could be implemented, using the same beam-combining optics as for the nulling mode of the interferometer.     

The TUS Fesnel mirror production and optical parameters measurement

The TUS space experiment is aimed to study energy spectrum, composition, and angular distribution of the Ultra-High Energy Cosmic Ray (UHECR) at E ～ 10²⁰ eV. The TUS mission is planned for operation at the end of 2012 at the dedicated “Mikhail Lomonosov” satellite. The TUS detector will measure the fluorescence and Cherenkov light radiated by EAS of the UHECR using the optical system—Fresnel mirror-concentrator of 7 modules of ～2 m² area in total. Production of the flight model of the optical system is in progress. Status of the Fresnel mirror production, the method, and results of their optical parameters measurement are presented.     

可见光靶源光学系统的设计与分析

飞机侦察系统性能判断是通过野外与实验室测试两种方式进行验证的。在实验室建立可见光靶源,放置在二维转台上,利用卤素灯、美军标靶源、光学系统模拟远距离目标,在规定的技术指标的基础上,设计出可见光靶源光学系统。通过光路设计、温度场分析,计算出光路束散角,设计出光阑孔,分析温度变化对光学镜片的影响,通过精密测微自准直仪检测,所有形变量均为微米级,验证了其光学设计的可靠性,满足飞机侦察系统的测试要求。     

Small-angle scattering and diffraction

The direct measurement of magnetic fields by magnetometers, originally made of the Earth's magnetic field, has been now extended to solar planets by numerous satellite missions. Magnetic effects have been observed in the solar neighborhood and even near some comets, such as the Giotto mission to comet Halley. However, observations of magnetic fields in cosmic objects require remote sensing methods.     

陆基条件下典型地物和伪装光谱影响因子分析

近年来,随着军事侦察识别技术的快速发展,用于侦察探测的军事装备已经逐步实现高精度化水平,拥有高技术侦察手段的一方往往可以对目标实施精准打击,大大降低战争胜利的成本。在高光谱成像方面,目前比较成熟的有卫星遥感和高空航空成像技术,这两种成像方式侦察时间大致相同,入射光方向基本一致,并且由于高光谱设备基本垂直于地面,因而反射光方向保持不变, 地物的BRDF系数比较固定。在陆军应用时,侦察时间随机,太阳的入射角度时刻变化,而且侦察的方向任意,高光谱在地面或者近地位置,探测方向变化无穷,地物在不同成像条件下的光谱曲线受到物体表面的BRDF系数影响凸显。通过展开不同的实验,挑选了绿地植被和三种人造伪装材料,细致的分析了太阳高度角、方位角和探测角对陆基条件下地物光谱的影响。实验结果表明,虽然四种材料的反射特性存在差异,但在不同的太阳高度角、探测角以及探测器与地物的方位角上呈现相似的规律。对于太阳高度角,当探测角一定时,人造伪装物光谱一般随着太阳高度角的变化整条光谱曲线都发生变化,反射比曲线呈现出平移的规律,而绿地植被在白光波段变化不很明显,在近红外波段的变化很明显,随着太阳高度角的升高先升然后降低;对于方位角而言,四种材料随着方位角的增大,光谱反射比一般先升高后降低,同时后向观测时的反射比一般比前向观测时大;对于探测角,三种材料的光谱反射比与探测角的关系并不很大,但三种材料均在不同的探测角度上出现了“热点”现象。最后,对绿地植被和迷彩伪装板的BRDF模型参数进行了分析,得到了其在不同方向上的反射规律。     

一种新型光电侦察系统目标数据观测方法

针对在主要作战方向上工作的光电侦察系统，提出一种低成本的光电搜索设备获取目标数据的方法。采用光电探测器持续以固定角速度周转扫描的方法，多次连续捕获目标，不断迭代刷新目标方位和时间数据，完成对来袭目标相对侦察设备的角位置和水平距离的解算。推导出观测目标数据的数学模型，通过设计仿真软件，实验程序可在目标进入侦察设备观测边界范围后解算出其方位角，得出目标在不同时间的方位角、俯仰角和水平距离等信息，能够满足在侦察距离不小于20 km的状态下实现对速度不大于500 m/s、高度不超过5 km的目标进行跟踪，完成了对光电侦察设备的仿真验证，为后续火控计算提供了可靠数据。     

卫星导航接收机概略正常高估计算法

为了将卫星导航接收机输出的导航解应用于飞行器导航和武器发射测试等应用领域,需要将导航解中的大地高数值转换为概略正常高数值,但是不同应用领域对于概略正常高的需求是不同的。为了满足不同精度的概略正常高估计需求,实现以较短的计算时间和较小的存储空间开销来支撑实际的卫星导航接收机应用,提出了一种基于简化EGM96模型的概略正常高估计算法。以基于360阶360次EGM96地球重力场模型和2190阶2159次EGM2008地球重力场模型的计算结果为基准,统计了该概略正常高估计算法的计算时间和计算精度等指标。通过在全球格网点和亚太区域格网点测试结果的比较分析可知,该概略正常高估计算法可以求解不同精度等级的概略正常高,能够满足卫星导航接收机在亚太区域以及全球范围内的概略正常高估计的精度和时效性要求。     

无人机侦察多目标实时定位技术研究

目标定位是无人机侦察系统中至关重要一步。为增强无人机侦察目标定位的实时性、提高定位精度及侦察效率,提出一种多目标实时定位的方法,建立主次目标定位几何关系及坐标转换模型,结合已知数据信息求取各目标大地坐标,并用蒙特卡洛法分析目标定位误差。最后,基于即将组网成功"北斗二代"卫星导航系统对无人机空中定位,同时采用递归最小二乘算法滤波处理,提高了目标定位精度。研究及实验结果表明,北斗导航定位能够有效提高无人机空中定位精度,且有望达到厘米级精度,同时采用RLS滤波处理能使目标定位精度提高10 m左右。该方法能够有效增强无人机定位实时性,提高定位精度及侦察效率。