基于Snake模型的空间目标跟踪方法

针对低轨变光空间目标和较亮空间目标的跟踪不稳问题,采用主动轮廓模型,提出一种改进的GVF-Snake算法,实现了星像实际轮廓的实时搜索.结合Kalman滤波外推,实现了一种空间目标的自适应跟踪方法.实验表明,跟踪过程中方法能够克服采用固定窗口带来的跟踪误差,提高跟踪的稳健性.     

恒星大气物理参量的非参数估计方法

恒星大气物理参量（有效温度、表面重力、化学丰度）是导致恒星光谱差异的主要因素．恒星大气物理参量的自动测量是LAMOST等大规模巡天望远镜所产生的海量天体光谱数据自动处理中一个重要研究内容．针对测量大样本的恒星光谱数据估计每个恒星的大气物理参量，提出了一种基于变窗宽核函数的估计算法：变窗宽算法是对固定窗宽算法的改进，分为3个步骤：（1）将历史恒星光谱数据进行PCA处理，得到光谱的低维特征数据；（2）利用特征数据与其物理参数的对应关系，建立一种变窗宽的非参数估计模型；（3）利用该估计模型，直接计算待测恒星光谱的3个物理参量（有效温度、表面重力、金属丰度）．实验结果表明：该方法与固定窗宽估计模型以及在其他文献中报道的方法相比，具有较高的估计精度和鲁棒性．     

基于自适应稳健最小p范数估计的轨道确定方法研究

当测轨数据误差不服从正态分布时,传统的最小二乘(LSE)轨道确定方法将不是最优的.为了获得高精度的定轨结果,一种可行的策略是采用基于最小p范数(Lp)的轨道确定方法.通过分析Lp估计的相关性质,得出普通Lp估计不具有良好的抗差性的结论.为抑制模型误差和异常值的影响,提出了基于数据深度加权的稳健最小p范数估计方法,并证明了相关性质,得出了其崩溃点可以达到1/2的结论.最后,通过残差分析和矩估计法自适应估计相关参数,使得估计达到最大效率.以天基空间目标监视系统为背景进行了仿真试验.结果表明,当观测数据存在系统误差或异常值时,或者当目标动力学模型存在误差或者天基观测平台存在系统误差时,即使观测数据服从正态分布,LSE也不是最优的,在这种意义下自适应稳健Lp估计轨道确定方法比传统轨道确定方法更加稳健,定轨精度也更高.     

基于多项式模型的射电天文中的移动干扰消除

射电天文观测数据受无线电的影响日益严重。因此,射频干扰(Radio Frequency Interference,RFI)消除已经成为信号处理流程中不可或缺的一步。考虑了自适应阵列信号处理中的移动干扰源的消除问题,对于阵列天线望远镜而言,射频干扰消除可以通过采样协方差矩阵在空域实施处理。在很多应用场景中,可得到的零点深度受限于协方差矩阵的估计误差,进而影响干扰子空间的估计精度。方法应用了一种多项式模型以跟踪阵列协方差矩阵随时间的变化,消除干扰子空间的估计误差,提高干扰消除性能。最后通过仿真对比了传统的子空间投影(Subspace Projection,SP)算法和基于多项式模型的子空间投影(Polynomialaugmented Subspace Projection,PSP)算法,仿真结果证明了所提方法的有效性。     

检测前跟踪框架下利用蒙特卡洛算法的空间碎片跟踪策略研究（英文）

在轨卫星或者空间碎片数量的增多,是对空间目标地基自动观测的一个挑战。尽管北美防空司令部编目管理了绝大多数直径超过10 cm的空间物体,但由于轨道摄动,空间目标的位置信息(基于6个轨道根数)依然非常重要,并需要定期更新。在过去的几十年里,配备电子传感器的现代地基光电望远镜已广泛用于天体测量领域。然而,这种设备的跟踪性能主要取决于空间目标的大小和亮度。这些目标所在的天文图像会有不同的背景;而且,在基于凝视模式的短曝光实时观测过程中,运动目标和背景恒星在不同的信噪比下显示为类似的点扩散函数,难以辨认。本研究是为了实现对非高斯和动态背景的高灵敏度检测和跟踪能力的提高,并具有简单的系统机制和出色的计算效率。为突破该限制,将重点放在利用状态估计技术对微小卫星和暗弱目标进行跟踪上。提出一种基于神经网络的自适应运行高斯平均算法,用以从恒星背景及干扰下提取运动的空间目标。该方法随后被集成到了一个检测前跟踪框架中。该框架利用基于蒙特卡洛的粒子滤波跟踪空间目标。三段来自亚太地基光学空间目标观测系统(APOSOS)图像序列被用来对该跟踪策略进行评估。实验结果表明,该方法能够达到满意的跟踪性能。     

基于CEI测量的GEO目标快速轨道恢复

连线干涉测量(Connected Element Interferometry, CEI)是一种全天时全天候的被动测角技术, 已用于空间目标的跟踪监视. 地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit, GEO)卫星需要频繁机动以保持轨位或完成其他任务, 其机动后的快速轨道恢复能力对于监视预警极为重要. 针对基于CEI的GEO短弧定轨和预报, 分析了定轨算法的形亏和数亏, 在附加先验轨道约束的短弧定轨基础上, 提出了轨道半长轴初值的自适应优化方法. 利用亚太七号卫星的CEI仿真和实测数据进行了短弧定轨和预报, 实验结果表明, 采用优化后的半长轴初值, 30min短弧定轨和10min预报的卫星位置分量精度均优于4km, 能够满足非合作GEO目标机动后快速轨道恢复的需求.     

基于卡尔曼滤波与Camshift的低轨空间变光目标跟踪方法

针对低轨空间变光目标星像形态变化频繁且运动速度快,跟踪目标时很难准确捕获目标位置信息这一难点,提出卡尔曼滤波与Camshift相结合的目标跟踪方法。根据目标的难捕获特性,引入卡尔曼滤波外推对目标进行位置预测,用改进的Camshift跟踪目标,即基于灰度图像单通道的白色提取的目标跟踪方法,实现低轨变光目标稳健跟踪和提高目标捕获率;当目标与恒星瞬间相互遮挡时,用改进的遮挡目标预判方法进行位置预测,同时用卡尔曼滤波的预测位置代替Camshift计算出的目标位置,作为观测位置去更新卡尔曼滤波,实现遮挡目标稳健跟踪和提高目标捕获率。实验结果表明：跟踪目标的可变波门根据目标大小自适应调整,不仅可以实现中高轨目标稳定跟踪,而且对低轨变光目标具有稳健跟踪效果。当目标与恒星瞬间相互遮挡时能稳健跟踪目标,提高跟踪数据的有用率。该方法程序运行速率快,灵敏度高,适用性强,实时性好,具有很好的使用价值和广泛应用前景。     

一种基于RTAI实时操作系统的相关跟踪处理机

引入倾斜校正自适应光学技术到月球激光测距中,详细介绍了倾斜校正自适应光学的相关跟踪原理,给出了一种基于实时操作系统RTAI的相关跟踪波前处理机的设计结果.该波前处理机采用绝对差分算法,使用通用CPU,基于Linux硬实时扩展系统BTAI实现对波前的实时处理.实验结果证明,它的相关跟踪处理帧频为1 KHz,并且具有集成度...     

一种空间目标光电跟踪新方法

针对目前空间目标光电观测的自动跟踪过程中,容易受到恒星干扰等影响丢帧后失跟的问题,从概率观点分析了光电跟踪的两个环节:状态外推和实时采样.根据估计理论,建立了一种新的光电跟踪方法.方法利用卡尔曼滤波数据融合的本质提高外推的稳健性,通过均值漂移方法实现跟踪窗口的调整.仿真试验表明,新方法能够有效的降低跟踪中干扰的影响,提高跟踪的稳健性.     

脉冲星在空间飞行器定位中的应用

利用脉冲星钟模型能高精度地预报脉冲星脉冲到达太阳系质心的时间。基于脉冲星时、空参考架可实现各类空间飞行器的自主导航。讨论了脉冲星钟的模型和脉冲星导航系统的框架结构,描述了脉冲星导航的基本原理和算法。指出脉冲星导航系统对脉冲星脉冲到达探测器时刻的测量精度,是决定空间飞行器位置解算精度的关键因素。脉冲星导航观测采用的原子钟如果足够稳定,则空间飞行器位置的解算方法可以简化。在脉冲星导航系统计时观测精度达到或优于几十微秒量级时,脉冲星视差、相对论效应的影响是不可忽略的。对脉冲星导航系统开发设计中的关键技术和进一步研究的主要问题进行了初步分析和讨论。     

空间目标跟踪的概率数据关联方法

在空间目标的光学观测中,由于跟踪波门内多个量测事件频发,导致跟踪量测的不确定,降低自动跟踪精度引起跟踪不稳.结合Kalman滤波和概率数据关联算法,实现了空间目标自适应跟踪.方法通过Kalman滤波预测确定关联区域,采用概率数据关联技术获得等效量测作为Kalman滤波的有效馈源.实验表明:方法可以有效地提高自动跟踪精度,改善空间目标自动跟踪鲁棒性.     

数字锁相环变带宽滤波器的设计与仿真

对于确定参数的滤波器,快速的相位捕捉能力和高的噪声抑制能力是相互矛盾的。利用数字滤波器参数容易改变的特点,主要研究二阶锁相环环路中变带宽数字滤波器的设计,从而使锁相环路在初始阶段具备快速的捕捉能力和在锁定状态具备高的噪声抑制能力。对数字锁相环系统及滤波器在原理上进行了细致分析,之后给出软件实现该滤波器的算法,并用Matlab对系统进行仿真。     

非线性相对运动下空间碎片碰撞概率计算的研究

空间目标碰撞概率的计算是航天器进行空间碎片预警和规避机动的基础.为了简化计算,目前国内外在计算碰撞概率问题过程中大多基于线性相对运动的条件,将三维碰撞概率计算积分问题简化为位置误差概率密度函数在圆域内的二维积分问题.但是当空间目标相对运动速度较小时,这种线性运动条件不再成立,就需要在真实的非线性相对运动状态下重新考虑碰...     

基于自适应滤波的干扰消除方法研究

射电天文信号非常微弱,电磁环境对射电望远镜观测至关重要,通常可以利用地形、建立无线电宁静区、进行电磁屏蔽与防护等手段来减小电磁干扰.然而,仍有一些干扰难以屏蔽.故提出了一种基于自适应滤波的干扰消除方法,可用于复杂噪声环境中天文信号的提取.该方法借助自适应横向滤波器,采用最小均方(Least Mean Square, LMS)误差算法,以系统误差和收敛性为评判标准,通过改变步长与阶数对滤波效果进行优化,仿真结果显示该滤波器能在保证算法收敛的前提下有效提取信号.为了检验该算法的有效性,选取了新疆天文台南山26 m射电望远镜和Parkes 64 m射电望远镜记录的观测数据,采用设计的滤波器分别对不同的实测数据进行测试,验证了该滤波器的有效性.理论分析与实验结果一致表明该方法能有效消除天文观测中的干扰信号,具有一定的实用性.     

基于特征向量算法的Loran—C天波延迟估计的研究

提出了一种基于特征向量算法来估计Loran-C接收机天波延迟的信号处理新技术,为设计具有自适应调节最佳采样点的Loran-C接收机打下良好的基础.建立了基于频谱相除技术的信号模型,简要介绍了特征向量的谱估计算法.研究了此算法估计天波延迟的准确性,并与IFFT技术作了对比.仿真结果显示.特征向量算法比IFFT具有更高的分辨率和尖锐的波峰.最后,通过实测数据的实验验证了这些结论.     

基于单站短弧段光学观测的低轨卫星轨道预报算法

基于单站短弧段的目标跟踪预报技术是保证高精度光电经纬仪在非常规环境下正常跟踪捕获目标的重要途径.构建了基于非线性滤波器的跟踪预报算法,能够在正常情况下为闭环跟踪提供引导数据,同时构建了基于非线性变换的目标预报算法,可以在无有效观测数据情况下为经纬仪提供轨迹引导,保证目标不丢失.证明了非线性滤波在单站短弧段跟踪预报算法中比常规扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)更有效.计算表明,本文设计的非线性滤波器可以作为光学跟踪设备的引导算法,引导精度同经纬仪的随机测量精度等量级,在设备系统误差达到50"时,预报60 s的精度可达到20",仍然满足跟踪设备的视场要求.     

基于Matlab/Simulink的天线系统自适应滤波器的仿真实现

为了使天线系统接收和显示的信号更清晰,达到消除系统噪声和电磁干扰的目的,针对中国科学院新疆天文台南山观测基地对射电天文观测和深空探测(探月工程和火星探测)的特殊要求,利用Matlab/Simulink强大的数值计算与仿真功能实现了一种依据自适应方法滤除噪声的滤波器。首先选择脉冲星1910+0728和1913-0440的观测信号为滤波参考信号。在Matlab上通过编写M文件设计了滤波算法并有效滤除了噪声。然后运用Simulink进行建模仿真,通过不断改变系统阶数与步长找到了滤波效果最好的自适应滤波器,确定了其最优参数为8阶,迭代步长为0.005。实验表明在这种阶数和步长下,滤波器能在保证快速滤波的前提下有效地还原接收信号的轮廓,将偏差降到最小。仿真最终结果表明自适应滤波器滤波效果良好,实用性强,满足了射电天文观测和探月的需求。     

基于卡尔曼滤波强干扰和瞬间遮挡目标跟踪方法

针对空间目标与恒星的近距离强干扰和瞬间遮挡干扰,不易精确捕获目标位置的问题。提出用卡尔曼滤波预测目标位置并跟踪目标,跟踪波门用改进自适应的可变波门。同时设计新的强干扰和瞬间遮挡目标的预判和跟踪方法,当预判到此类目标时,将卡尔曼滤波的预测值作为观测值跟踪目标,并用目标预测质心对波门质心进行限定修正,从而捕获有用的观测数据。实验发现,该方法能稳健跟踪强干扰和瞬间遮挡目标,提升空间目标的跟踪精度,降低数据错误率,提高数据质量,为捕获轨道位置提供更多更有用的数据。该方法程序运行速率快,具有一定的适用性和科学价值。     

星基空间人造飞行器探测概率分析

随着空间飞行器数量的日益增多,空间碰撞的概率也逐步加大。为了确保自身飞行器的安全,同时为了减少对目前在轨的飞行器的干扰,通过某种途径来感知空间飞行器的信息,包括轨道和结构外形等参数,是十分必要的。除了地基手段对空间飞行器进行观测外,星基空间飞行器探测是一种不可或缺的补充手段。文章通过对所掌握的空间飞行器数据库,给出了基于地球低轨道观测卫星情况下,星基空间飞行器探测概率的统计结果。     

空间碎片跟踪图像序列的目标识别方法

自动化观测已成为目前空间碎片光学观测的发展趋势,相应的完全无人工干预的目标自动识别成为迫切需要研究的课题.开环跟踪依据历史根数引导望远镜进行碎片的跟踪观测,是一种实现简单并且很稳健的观测方法.针对开环跟踪获取的观测图像,开展了目标在像素空间内的点列特征分析,提出使用像点簇识别算法来进行目标的自动识别,并对3种不同的簇识别算法实现进行了比较.