發(fā)布時間：2017-10-23 20:10

  本文關鍵詞：全向多功能復合探測系統(tǒng)信息處理技術

  更多相關文章： 空間碎片 星敏測量 小口徑大視場 畸變校正 目標識別

【摘要】：天基目標探測是空間態(tài)勢感知的研究方向,對空間碎片的觀測成為各國研究的熱點。隨著微小衛(wèi)星技術的迅猛發(fā)展,相對單顆大衛(wèi)星而言,利用微小星群進行目標探測具有冗余性強、信息獲取量大、靈活機動等優(yōu)點。適用于微小探測平臺的小口徑大視場的光學相機可同時為目標探測和星敏姿態(tài)測量提供圖像信息。使用多個光學相機可組成全向探測系統(tǒng),該系統(tǒng)可將目標探測和星敏姿態(tài)測量功能復合復用,具有觀測時間長、功能多樣等特點。針對全向多功能復合探測系統(tǒng)信息處理的需求,本文的主要研究內(nèi)容如下:1.對系統(tǒng)信號源的輻射特性進行了分析,確立了可見光波段作為系統(tǒng)的探測波段。依據(jù)空間碎片在探測系統(tǒng)入瞳處的等效星等以及星敏測量所需的恒星數(shù)目等因素確定了探測系統(tǒng)星等探測靈敏度的要求。分析了影響目標探測的相關因素,表明系統(tǒng)在理論上的可行性。2.論述了全向多功能復合探測系統(tǒng)的系統(tǒng)組成和功能特點,探索了單個觀測平臺多個光學相機的信息處理流程和基于多個觀測平臺進行協(xié)同工作的特點。根據(jù)任務需求,給出了光學相機的設計方案,包括電子學電路的設計以及圖像傳感器驅(qū)動的設計。依據(jù)CMOS傳感器的特點,計算了3等星目標成像時的信噪比,并分析了該信噪比時目標檢測概率和虛警率的關系。針對系統(tǒng)小口徑大視場的特點,計算了空間碎片方位角測量的精度以及星敏姿態(tài)測量的精度,分析了影響測量精度的因素。依據(jù)目標成像特點,分析了探測系統(tǒng)的動態(tài)響應能力。3.深入研究了信息處理技術對整個系統(tǒng)功能的作用。相關信息處理技術包括:圖像的濾波處理、目標質(zhì)心定位、廣角鏡頭的畸變校正、目標識別算法、目標跟蹤算法�；冃Ｕ惴ㄊ翘岣呦到y(tǒng)測量精度的重要處理技術。針對廣角鏡頭畸變嚴重、參數(shù)擬合性差的特點,提出了一種基于標定點的誤差近似校正算法。實驗結(jié)果證明了該算法大幅提升了廣角鏡頭對目標的測量精度。針對空間碎片和恒星背景難以區(qū)分的現(xiàn)象,復合星敏測量功能,提出了一種基于姿態(tài)矩陣的目標識別算法,將復雜的軌跡鑒別轉(zhuǎn)化成了簡單的閾值判定,實驗仿真結(jié)果驗證了該算法對目標識別的有效性。本課題的研究實現(xiàn)了天基探測時信息的復合復用,為新型的目標探測系統(tǒng)提供了相應的信息處理方法。
【關鍵詞】：空間碎片 星敏測量 小口徑大視場 畸變校正 目標識別
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(上海技術物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 1 引言11-21
• 1.1 課題背景11-13
• 1.2 天基光電探測技術13-16
• 1.2.1 空間目標監(jiān)視系統(tǒng)工作流程13-14
• 1.2.2 空間目標監(jiān)視系統(tǒng)信息處理流程14-15
• 1.2.3 空間目標探測與星敏感器的關系15-16
• 1.3 國內(nèi)外發(fā)展狀況16-19
• 1.3.1 天基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)研究發(fā)展狀況16-18
• 1.3.2 空間目標監(jiān)視和星敏感器的集成18-19
• 1.4 課題的主要研究內(nèi)容19-21
• 2 全向多功能復合探測系統(tǒng)的信號源分析21-39
• 2.1 目標信號特性分析21-27
• 2.1.1 參考坐標系21-24
• 2.1.2 空間碎片輻射特性分析24-26
• 2.1.3 恒星輻射特性分析26-27
• 2.2 探測視場與星等探測靈敏度27-33
• 2.2.1 目標等效星等28-33
• 2.2.2 探測視場與恒星數(shù)目33
• 2.3 空間碎片的可見性分析33-38
• 2.3.1 影響目標可見性的因素34-35
• 2.3.2 目標可見性分析流程35-38
• 2.4 本章小結(jié)38-39
• 3 全向多功能復合探測系統(tǒng)技術方案及能力分析39-69
• 3.1 全向多功能復合探測系統(tǒng)的組成和功能特點39-45
• 3.1.1 探測系統(tǒng)和測量系統(tǒng)39-40
• 3.1.2 系統(tǒng)工作流程和特點40-43
• 3.1.3 系統(tǒng)的復合特點43-45
• 3.2 光學相機的設計45-54
• 3.2.1 傳感器的選型46-47
• 3.2.2 光學鏡頭的設計47-48
• 3.2.3 相機硬件電路實現(xiàn)48-49
• 3.2.4 傳感器的驅(qū)動時序49-54
• 3.3 目標成像信噪比和檢測概率54-61
• 3.3.1 目標成像信噪比55-57
• 3.3.2 信噪比和目標檢測概率57-61
• 3.4 系統(tǒng)測量精度分析61-64
• 3.4.1 空間碎片測量精度61
• 3.4.2 星敏感器姿態(tài)測量精度61-64
• 3.5 系統(tǒng)的動態(tài)響應能力64-68
• 3.5.1 系統(tǒng)更新速率64-65
• 3.5.2 目標運動的影響65-66
• 3.5.3 動態(tài)響應能力66-68
• 3.6 本章小結(jié)68-69
• 4 全向多功能復合探測系統(tǒng)關鍵技術研究69-98
• 4.1 信息處理對提高探測能力的作用69-74
• 4.1.1 椒鹽噪聲處理技術69-73
• 4.1.2 高斯噪聲處理技術73-74
• 4.2 質(zhì)心定位算法74-75
• 4.3 廣角鏡頭畸變校正算法75-83
• 4.3.1 廣角相機成像模型和圖像畸變75-78
• 4.3.2 畸變校正方法78-83
• 4.4 星敏測量相關算法83-86
• 4.4.1 星圖識別算法83-84
• 4.4.2 星敏姿態(tài)解算算法84-86
• 4.5 目標探測識別算法86-91
• 4.5.1 疑似目標種類86-87
• 4.5.2 疑似目標運動特性分析87-88
• 4.5.3 基于姿態(tài)矩陣的目標判定算法88-91
• 4.6 目標跟蹤算法以及系統(tǒng)工作模式91-95
• 4.6.1 目標跟蹤算法91-93
• 4.6.2 系統(tǒng)工作模式93-95
• 4.7 基于星群的目標感知技術95-97
• 4.7.1 星群對目標可見以及星間相互可見性分析95-96
• 4.7.2 星群對目標測距方法96-97
• 4.8 本章小結(jié)97-98
• 5 系統(tǒng)相關實驗結(jié)果與分析98-112
• 5.1 相機探測能力實驗結(jié)果與分析98-104
• 5.1.1 相機成像實驗和噪聲分析98-102
• 5.1.2 系統(tǒng)可見星等探測實驗102-104
• 5.2 圖像畸變校正實驗與結(jié)果分析104-106
• 5.2.1 畸變校正實驗方法104-105
• 5.2.2 畸變校正結(jié)果與分析105-106
• 5.3 系統(tǒng)星敏姿態(tài)測量實驗106-108
• 5.3.1 星敏姿態(tài)測量實驗方法106-107
• 5.3.2 星敏測量結(jié)果與分析107-108
• 5.4 目標探測識別仿真實驗與結(jié)果分析108-111
• 5.4.1 目標探測識別實驗方法108-110
• 5.4.2 目標探測識別實驗結(jié)果與分析110-111
• 5.5 本章小結(jié)111-112
• 6 結(jié)論與展望112-114
• 6.1 結(jié)論112
• 6.2 展望112-114
• 參考文獻114-119
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果119

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