【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,各個軍事強國開始建立彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng),因此天基紅外目標(biāo)探測系統(tǒng)應(yīng)運而生,相比于雷達探測系統(tǒng),紅外探測系統(tǒng)的被動探測能力及抗干擾能力在天基平臺上具有無可替代的優(yōu)勢。由于天基紅外系統(tǒng)的低軌衛(wèi)星會受到EKV的攻擊,因而導(dǎo)彈攻防戰(zhàn)中衛(wèi)星對EKV等攻擊武器的探測與跟蹤具有非常重要的意義。本文基于“遠距離高速紅外目標(biāo)搜索系統(tǒng)”項目,研究了星空背景紅外弱小目標(biāo)檢測方法。為了實現(xiàn)對EKV的高性能探測,本文首先研究了EKV的紅外輻射特性,并通過求解其熱平衡方程,獲取EKV的溫度特性;其次,通過深入分析EKV的運動特性,從而建立EKV運動模型并對其進行了仿真。考慮到獲取真實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圖像影響,能夠通過成像系統(tǒng)成像的物體紅外輻射特性及其對圖像的影響。分析了星表中的恒星數(shù)據(jù)信息,并通過計算得到紅外成像系統(tǒng)能探測到的最小恒星輻出度及恒星點數(shù);最后,建立了衛(wèi)星及空間碎片等干擾的運動模型,利用高斯噪聲來模擬各種噪聲,在此基礎(chǔ)上編寫了一套用于仿真天基平臺運動及成像的軟件,通過設(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)檢測算法對于天基系統(tǒng)的目標(biāo)檢測具有非常重要的作用,算法的性能直接決定了系統(tǒng)的探測性能。本文在分析單幀圖像弱小目標(biāo)檢測算法與序列圖像弱小目標(biāo)檢測算法的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上,設(shè)計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)檢測算法,包括背景抑制、閾值分割、候選目標(biāo)標(biāo)記、特征點提取、星圖匹配、星點去除及目標(biāo)確認。本文利用區(qū)域均值背景抑制算法進行背景抑制,采用均值方差全局閾值算法進行閾值分割處理,采用加權(quán)質(zhì)心法進行標(biāo)記,利用三角形算法進行多星點匹配及星點去除處理。仿真結(jié)果表明上述算法可以很好地去除恒星點,檢測出弱小目標(biāo)。本文在基于FPGA+DSP架構(gòu)的硬件平臺上對星空背景紅外弱小目標(biāo)檢測算法進行了實現(xiàn),FPGA型號選用XC5VLX330T,DSP選用TMS320C6678多核板卡。硬件系統(tǒng)的測試結(jié)果表明,本文研究的星空背景弱小目標(biāo)檢測算法能夠在硬件系統(tǒng)上進行實現(xiàn),并且在滿足實時性的前提下,可以獲得較高的探測性能。
【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)星用來跟蹤導(dǎo)彈并對其進行攔截[30]部分主要通過雷達等地面裝置設(shè)備與天基衛(wèi)星進行通訊，實現(xiàn)對來襲導(dǎo)彈進行預(yù)跟蹤的功能。由于紅外探測系統(tǒng)的造價較高，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)星與其進行組網(wǎng)。現(xiàn)如今，美國天基衛(wèi)星概況如表 1.1 所示。通過高軌衛(wèi)星與低軌衛(wèi)星的相互協(xié)作，SBIRS 系統(tǒng)可達斷是否為需要攔截的目標(biāo)，目標(biāo)彈頭的種類，目標(biāo)是否被摧毀等功能。首先通過衛(wèi)星探測來襲導(dǎo)彈發(fā)射的情況，之后將信息傳輸給低軌衛(wèi)星，通過多顆低軌衛(wèi)星多視角探測與其之間的通信，跟蹤來襲導(dǎo)彈，再將信息返回給高軌衛(wèi)星進行定將數(shù)據(jù)傳輸給攔截系統(tǒng)，進行打擊摧毀。

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

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本文編號：2590675