非自发光空间目标的可见光探测技术研究

建立了空间非自发光目标的数学模型，应用经典光学理论研究了目标亮度与目标尺寸、表面特性、观测角、观测距离之间的关系;并推导了探测能力与光学系统参数及曝光时间之间的关系;试验结果验证了模型和计算公式的正确性，可为空间目标探测光学系统的设计提供了设计参考.     

光电望远镜暗弱目标识别算法及探测能力

通过空间目标的光度测量可判断目标在轨运动特性和进行编目识别。对光电望远镜在卫星姿态判定领域的应用进行了介绍,验证了一种暗弱目标识别算法,即霍夫变换。通过仿真计算分析了影响极限探测星等的因素,并从目标成像后在探测器上获得信噪比的一般计算公式出发,推导计算得出光电望远镜的极限探测星等理论值,并使用星图比对的方法进行了试验验证。结果表明,星图比对法是一种可靠的星等测量方法。     

光电望远镜暗弱目标识别算法及探测能力

通过空间目标的光度测量可判断目标在轨运动特性和进行编目识别。对光电望远镜在卫星姿态判定领域的应用进行了介绍,验证了一种暗弱目标识别算法,即霍夫变换。通过仿真计算分析了影响极限探测星等的因素,并从目标成像后在探测器上获得信噪比的一般计算公式出发,推导计算得出光电望远镜的极限探测星等理论值,并使用星图比对的方法进行了试验验证。结果表明,星图比对法是一种可靠的星等测量方法。     

天基可见光相机探测灵敏度研究

随着遥感技术的发展,对载荷的性能提出愈来愈高的要求,特别是载荷的探测灵敏度,直接关系到能否探测到目标。如何满足和提高探测灵敏度,成为研制高性能遥感设备设计中的一个重要问题,从光度学和辐射度学原理出发,对空间目标探测信号的强度进行分析、计算。基于目标与噪声的数学表达式,根据经典检测理论推导出天基可见光(SBV)相机的探测灵敏度模型的数学表达式。将美国SBV相机参数代入该模型后,计算得到的灵敏度结果(15.55视星等)与设计指标(15.5视星等)只相差0.05视星等。由此可见该探测灵敏度模型具有相当的精度,可为天基可见光相机的研究设计提供理论参考。     

地面可见光相机探测静止轨道目标可行性研究

基于地面可见光相机探测建立了地球静止轨道上空间非自发光目标的数学辐射模型,利用辐射传输的基本原理,分析了平面目标亮度与探测时间、纬度之间的关系,推导了系统探测能力与光学系统参量及曝光时间之间的关系,简要的分析了杂光对系统曝光时间的影响,理论模型与目前相关试验结果基本接近,表明GEO上空间目标的可见光相机探测是可行的.     

光电系统对空间目标探测能力综合评估方法

对空间目标实际探测过程中,光电系统的探测能力不仅与其可探测信噪比有关,还与其所成图像的质量有关,即空间分辨能力有关。针对现有光电系统探测能力分析不足,提出了一种基于调制传递函数下的信噪比探测模型（MSNR）,给出了基于MSNR下的系统极限探测能力综合评估方法,实现可定量分析大气、像差、目标运动等对系统探测能力的影响;利用实测数据完成对MSNR模型的完善,对不同条件下光电系统的极限探测能力进行了仿真,仿真结果表明：大气条件、系统像差、目标运动等条件对系统的探测能力影响明显,目标运动导致探测能力降低近1.0等星;该方法实现定量对光电系统的探测能力进行综合评估,可为系统优化设计与实际工作开展提供一定的科学依据。     

光电系统对空间目标探测能力综合评估方法

对空间目标实际探测过程中,光电系统的探测能力不仅与其可探测信噪比有关,还与其所成图像的质量有关,即空间分辨能力有关。针对现有光电系统探测能力分析不足,提出了一种基于调制传递函数下的信噪比探测模型(MSNR),给出了基于MSNR下的系统极限探测能力综合评估方法,实现可定量分析大气、像差、目标运动等对系统探测能力的影响;利用实测数据完成对MSNR模型的完善,对不同条件下光电系统的极限探测能力进行了仿真,仿真结果表明:大气条件、系统像差、目标运动等条件对系统的探测能力影响明显,目标运动导致探测能力降低近1.0等星;该方法实现定量对光电系统的探测能力进行综合评估,可为系统优化设计与实际工作开展提供一定的科学依据。     

高分辨率空间相机的工程分析

以大型结构设计软件SolidEdge建立了高分辨率空间相机的精确的几何模型, 在此基础上用大型有限元分析软件MSC.Patran建立了相机的有限元模型, 并利用MSC/Nastran对该相机整机进行了工程分析. 其计算结果与试验结果相差10%以内.     

空间相机自适应曝光

为实现空间相机的自适应曝光,提出了一种根据场景高亮度信息设置曝光参量的测光、解算、成像工作模式.在空间相机前加装大尺度面阵测光相机,在空间相机推扫某一区域前,测光相机首先采用预设的曝光参量获取该区域图像,实测当前区域的高亮度信息;再将该高亮度设为空间相机的饱和亮度,解算空间相机的曝光参量;随着卫星的转动,空间相机采用该曝光参量完成位置区域拍摄成像,实现空间相机的自适应曝光.地面验证实验结果表明:与采用固定的较小的曝光参量相比,本文方法可以减小欠曝光图像数量;根据某次实验结果统计,图像的灰度范围由37提高到253,图像熵显著提高.该方法能够根据当前场景内容充分利用成像系统的动态范围并提高图像的灰度层次和图像质量.     

一种适用于相机阵列的空间目标初轨确定方法

结合单位矢量法的优点,提出一种适用于相机阵列的空间目标初轨确定(IOD)方法,并给出新的条件方程和具体流程。使用实验室搭建的相机阵列系统对某空间目标进行跟踪,并对帧频为25Hz、时长为5min的实测数据进行处理和分析,得到该空间目标在不同观测时长下的IOD结果,并以轨道半长轴的测定精度为主要指标进行精度分析。实验结果表明,在同一观测时长下,所提方法能有效减小IOD误差,提高IOD的可靠性。     

空间目标天文定位方法及观测分析

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.     

高灵敏度空间点目标探测系统设计

本文面向空间点目标探测,设计了基于高灵敏度CMOS传感器的空间点目标探测系统。首先对CMOS传感器图像进行降噪,提高传感器的探测灵敏度;其次,采用DSP+FPGA嵌入式架构,设计了基于星图匹配信息构建的点目标探测算法,并详细介绍了算法原理和步骤。最后,采用电子星图模拟器对该探测系统进行测试。结果表明:该嵌入式系统具备1 024×1 024@20p格式视频的实时处理能力,可以探测6等星。当信噪比大于6,视轴指向误差小于1°时,对于不同运动速度、不同尺寸点目标均能准确探测,识别正确率接近100%。综合而言,该空间点目标探测方法的计算精度高、适应性强、可靠性高,能够应用于空间点目标的有效探测。     

地基光电系统空间目标探测影响因素分析

光电系统的探测能力主要受探测天域的亮度、光电设备和探测器本身性能的影响,而探测能力主要是以信噪比来衡量.在综合了上述影响因素基础上,引入目标成像像元数N,给出了探测信噪比的理论公式;分析了背景亮度、系统参量以及像点弥散对探测能力的影响;结合实际情况,给出了目标过境时段的目标探测情况分析,理论分析得到目标在仰角30°左右可以观测,理论分析结果与实验观测基本一致.因此,该理论公式可以定量了解不同天空背景亮度、系统设计参量、各种因素引起的像点弥散对系统探测能力影响的大小,并为系统优化设计与实际工作开展提供一定的科学依据.     

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。     

空间CCD相机的定标方法研究

介绍了相机定标的测试方法。通过对空间CCD相机成像时的地物辐射能量进行分析,提出了以成像方式进行相机定标测试的方法,并对数据处理方式进行了分析。     

基于红外偏振特性的空间目标探测可行性探讨

红外偏振特性及其变化规律能够表征空间目标的表面信息与状态信息。结合当前偏振探测的最新进展,分析了基于红外偏振特性对空间目标进行探测的思路与可行性。由于空间目标偏振特性会随空间目标特定的材料以及运动轨道不同而存在差异,因此红外偏振探测技术可以为空间目标的探测和识别提供更多的依据。通过对空间目标常用的不同材料、同一材料不同表面状态以及在不同观测角下偏振特性的分析,得出光滑钢板红外平均偏振度是粗糙钢板的1.3倍左右。     

空间相机热光学分析与试验验证

为了对空间高分辨率相机热设计提出准确的技术要求,基于光学波像差的基本理论,对某高分辨率空间相机的温度场进行热光学分析.在此基础上确定了热控指标,并在真空罐中进行热真空成像试验,验证了热光学分析的正确性和热控指标的合理性.结果表明:最佳焦面位置与相机温度水平的关系近似成线性关系,最佳焦面位置变化量约0.08～0.1mm.℃-1;当温度水平在(20±1)℃之间变化时,像面处在系统焦深范围内,系统传递函数变化量在0.02左右;当径向温差和轴向温差会大于2℃引起最佳焦面位置发生移动,若不调焦,传函会明显下降.     

空间相机热光学分析与试验验证

为了对空间高分辨率相机热设计提出准确的技术要求,基于光学波像差的基本理论,对某高分辨率空间相机的温度场进行热光学分析.在此基础上确定了热控指标,并在真空罐中进行热真空成像试验,验证了热光学分析的正确性和热控指标的合理性.结果表明:最佳焦面位置与相机温度水平的关系近似成线性关系,最佳焦面位置变化量约0.08～0.1 mm·℃-1|当温度水平在(20±1 )℃之间变化时,像面处在系统焦深范围内,系统传递函数变化量在0.02左右|当径向温差和轴向温差会大于2 ℃引起最佳焦面位置发生移动,若不调焦,传函会明显下降.     

空间相机调焦机构同步性精度分析

调焦机构是空间相机获得良好成像质量的重要保障。由于调焦机构焦平面两端的同步性误差不可避免,会对成像质量造成影响,因此对双凸轮和丝杠螺母调焦机构同步性误差进行了分析。介绍了两种调焦机构工作原理;分析了两种调焦机构同步性误差的来源并对其同步性误差进行了计算;对两种调焦机构的同步性进行了测试验证。两种调焦机构采用统计法和蒙特卡罗法计算同步性误差,验证结果与之相符。满足调焦机构同步性误差的最大允许值±20μm,完全满足现阶段使用要求。     

空间微重力下离轴三反相机离焦范围

由三块反射镜组成的光学系统在轨道空间微重力的影响下,其反射镜面间隔、曲率半径往往发生改变,对系统的后截距产生较大的影响,最终导致相机离焦,成像质量下降。通过分析三反系统的等效高斯光学系统,得到其后截距公式;通过齐次坐标变换,得到反射镜面刚体位移公式;通过采用最小二乘算法拟合计算得到微重力环境下的镜面半径,计算出相机在空间环境下的离焦量为0.04 mm,为调焦机构的设计提供了理论依据。