【摘要】：第二次世界大戰(zhàn)之后,彈道導(dǎo)彈技術(shù)取得了飛速發(fā)展,甚至出現(xiàn)了反衛(wèi)星導(dǎo)彈技術(shù),其典型代表是外大氣層殺傷攔截器(EKV)。隨著反衛(wèi)星導(dǎo)彈技術(shù)的迅速發(fā)展,各個(gè)軍事強(qiáng)國(guó)開(kāi)始建立彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng),因此天基紅外目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生,相比于雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng),紅外探測(cè)系統(tǒng)的被動(dòng)探測(cè)能力及抗干擾能力在天基平臺(tái)上具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。由于天基紅外系統(tǒng)的低軌衛(wèi)星會(huì)受到EKV的攻擊,因而導(dǎo)彈攻防戰(zhàn)中衛(wèi)星對(duì)EKV等攻擊武器的探測(cè)與跟蹤具有非常重要的意義。本文基于“遠(yuǎn)距離高速紅外目標(biāo)搜索系統(tǒng)”項(xiàng)目,研究了星空背景紅外弱小目標(biāo)檢測(cè)方法。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)EKV的高性能探測(cè),本文首先研究了EKV的紅外輻射特性,并通過(guò)求解其熱平衡方程,獲取EKV的溫度特性;其次,通過(guò)深入分析EKV的運(yùn)動(dòng)特性,從而建立EKV運(yùn)動(dòng)模型并對(duì)其進(jìn)行了仿真。考慮到獲取真實(shí)星空背景圖像的難度較大,本文研究了星空背景紅外圖像的特點(diǎn)及影響因素,主要分析了深空背景的環(huán)境特性和噪聲特性及其對(duì)圖像影響,能夠通過(guò)成像系統(tǒng)成像的物體紅外輻射特性及其對(duì)圖像的影響。分析了星表中的恒星數(shù)據(jù)信息,并通過(guò)計(jì)算得到紅外成像系統(tǒng)能探測(cè)到的最小恒星輻出度及恒星點(diǎn)數(shù);最后,建立了衛(wèi)星及空間碎片等干擾的運(yùn)動(dòng)模型,利用高斯噪聲來(lái)模擬各種噪聲,在此基礎(chǔ)上編寫(xiě)了一套用于仿真天基平臺(tái)運(yùn)動(dòng)及成像的軟件,通過(guò)設(shè)置衛(wèi)星及空間碎片的初始位置,生成星空背景下紅外弱小目標(biāo)圖像。星空背景紅外弱小目標(biāo)檢測(cè)算法對(duì)于天基系統(tǒng)的目標(biāo)檢測(cè)具有非常重要的作用,算法的性能直接決定了系統(tǒng)的探測(cè)性能。本文在分析單幀圖像弱小目標(biāo)檢測(cè)算法與序列圖像弱小目標(biāo)檢測(cè)算法的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了單幀圖像與多幀圖像結(jié)合的星空背景紅外弱小目標(biāo)檢測(cè)算法,包括背景抑制、閾值分割、候選目標(biāo)標(biāo)記、特征點(diǎn)提取、星圖匹配、星點(diǎn)去除及目標(biāo)確認(rèn)。本文利用區(qū)域均值背景抑制算法進(jìn)行背景抑制,采用均值方差全局閾值算法進(jìn)行閾值分割處理,采用加權(quán)質(zhì)心法進(jìn)行標(biāo)記,利用三角形算法進(jìn)行多星點(diǎn)匹配及星點(diǎn)去除處理。仿真結(jié)果表明上述算法可以很好地去除恒星點(diǎn),檢測(cè)出弱小目標(biāo)。本文在基于FPGA+DSP架構(gòu)的硬件平臺(tái)上對(duì)星空背景紅外弱小目標(biāo)檢測(cè)算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn),FPGA型號(hào)選用XC5VLX330T,DSP選用TMS320C6678多核板卡。硬件系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果表明,本文研究的星空背景弱小目標(biāo)檢測(cè)算法能夠在硬件系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)現(xiàn),并且在滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的前提下,可以獲得較高的探測(cè)性能。
【圖文】：

圖1.1 SBIRS 系統(tǒng)天基部分結(jié)構(gòu)圖SBIRS 包括天基部分及地基部分：天基部分[26,27,28]包括高軌衛(wèi)星與低軌衛(wèi)星，高軌衛(wèi)星包括靜止軌道衛(wèi)星和大橢圓軌道衛(wèi)星[29]，其作用是探測(cè)處于助推段的導(dǎo)而為低軌衛(wèi)星提供早期的預(yù)警信息；低軌衛(wèi)星用來(lái)跟蹤導(dǎo)彈并對(duì)其進(jìn)行攔截[30]部分主要通過(guò)雷達(dá)等地面裝置設(shè)備與天基衛(wèi)星進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)襲導(dǎo)彈進(jìn)行預(yù)跟蹤的功能。由于紅外探測(cè)系統(tǒng)的造價(jià)較高，SBIRS 系統(tǒng)中的靜止軌道衛(wèi)星利SP 系統(tǒng)中的衛(wèi)星[31]，后續(xù)又發(fā)射了新的衛(wèi)星與其進(jìn)行組網(wǎng)�，F(xiàn)如今，美國(guó)天基衛(wèi)星概況如表 1.1 所示。通過(guò)高軌衛(wèi)星與低軌衛(wèi)星的相互協(xié)作，SBIRS 系統(tǒng)可達(dá)斷是否為需要攔截的目標(biāo)，目標(biāo)彈頭的種類(lèi)，目標(biāo)是否被摧毀等功能。首先通過(guò)衛(wèi)星探測(cè)來(lái)襲導(dǎo)彈發(fā)射的情況，之后將信息傳輸給低軌衛(wèi)星，通過(guò)多顆低軌衛(wèi)星多視角探測(cè)與其之間的通信，跟蹤來(lái)襲導(dǎo)彈，再將信息返回給高軌衛(wèi)星進(jìn)行定將數(shù)據(jù)傳輸給攔截系統(tǒng)，進(jìn)行打擊摧毀。

為反衛(wèi)星導(dǎo)彈的一種，是通過(guò)直接碰撞進(jìn)行殺傷的攔截器，對(duì)天基很大的威脅。EKV 結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示，它的重量只有幾十公斤，整cm，長(zhǎng)度約為 150cm，主要包括高度控制系統(tǒng)、變軌推進(jìn)器、姿態(tài)、復(fù)合連接結(jié)構(gòu)、導(dǎo)引頭及傳感器保護(hù)裝置。高度控制系統(tǒng)可以得置等信息，通過(guò)地面裝置探測(cè) EKV 與目標(biāo)之間的相對(duì)位置信息，行攻擊；變軌推進(jìn)器用于小范圍調(diào)節(jié) EKV 的軌道高度及方向，當(dāng) E標(biāo)時(shí)，通過(guò)導(dǎo)引頭判斷自身與目標(biāo)的距離，通過(guò)變軌推進(jìn)器進(jìn)行變器用來(lái)調(diào)節(jié) EKV 的彈頭指向，可以根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)情況，小幅度和俯仰角，，以達(dá)到準(zhǔn)確攻擊目標(biāo)的目的；冷卻系統(tǒng)是為了控制 EK，對(duì)電信號(hào)處理模塊進(jìn)行降溫，減小電信號(hào)處理模塊產(chǎn)生的噪聲等攻擊目標(biāo)，工作波段有可見(jiàn)光、中紅外和遠(yuǎn)紅外波段，在探測(cè)過(guò)程要探測(cè)波段，可見(jiàn)光波段用于輔助探測(cè)，導(dǎo)引頭內(nèi)部有處理系統(tǒng)，的位置及目標(biāo)的相對(duì)位置，并將相對(duì)位置信息提供給變軌控制器和改變軌道及方位進(jìn)行準(zhǔn)確攻擊；傳感器保護(hù)裝置用于保護(hù)探測(cè)器不保證探測(cè)器正常工作。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TJ86;TP391.41;TN219

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