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。     

基于先验信息的空间碎片探测方法

提出了一种基于先验信息的空间碎片图像探测方法.该方法通过先验信息,在图像中碎片星像的邻域设置波门,计算波门内的局部背景阈值,辅以相关的判据识别目标.随后使用矩方法计算碎片质心相对波门中心的偏离值,通过线性平移计算碎片质心在整幅图像中的位置.实验表明:该方法复杂度低、便于实现、实时性好,可以高效、准确地探测空间碎片,比较精确地确定碎片的质心位置.     

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.     

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.     

一种适用于窄波束雷达捕获空间目标的等仰角搜索方法

点位预报作为引导雷达寻找、捕获、跟踪目标的基础, 受定轨误差及预报误差的影响, 其精度对窄波束雷达存在不足的风险. 由于沿迹误差是影响点位预报精度的主要因素, 基于沿迹误差补偿的思路, 提出了一种适用于窄波束雷达的过境目标等仰角搜索方法, 在预估的沿迹误差范围内对目标一次过境时在指定仰角上可能出现的所有位置做遍历观测, 从而提高雷达捕获空间目标的成功率. 仿真算例表明, 当点位预报失效时, 等仰角搜索方法仍然能观测到目标.     

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.     

空间目标的圆轨道跟踪法

给出一种空间目标自动跟踪方法：圆轨道跟踪法．该方法在假设目标轨道为圆轨道的前提下计算目标轨道，而后在轨道平面中外推．和位置跟踪法比较表明：该方法不受空间目标视运动不均匀性的影响，有非常高的跟踪精度．即使采用低帧频CCD(1-2HZ)，使用本方法，也能实现对空间目标的高精度跟踪；并能给出目标的多点CCD坐标，实现对空间目标的多点分区采样，提高空间目标的定位精度．     

实时相关跟踪图像处理系统

文章介绍了怀柔太阳观测基地最近完成的一套实时高分辨太阳磁场观测系统。系统采用局部相关跟踪算法来提高磁场观测数据的空间分辨率，同时对相关跟踪算法的实现程序进行了优化以满足常规太阳磁场观测的要求。通过对试观测和常规观测数据的分析，我们发现：1）该系统能够大大提高单色像、磁场数据的对比度和空间分辨率；2）对相关跟踪算法的优化大大提高了系统的时间分辨率，系统可以投入常规观测使用。     

X射线天体源观测时间估计方法

空间探测器对X射线天体源的有效观测时间主要受空间环境因素的制约,制约有效观测时间的主要因素包括太阳避免角、地球对源的遮挡及南大西洋异常区等。然而卫星处于一些高粒子本底区域,太阳与地球之间的光照区及视场指向接近地球时,本底水平很高而且难以确定,这些时间的数据也难以使用。利用orbitTools函数库预测轨道,HEAsoft的attitude函数库计算空间环境变量,利用这些空间环境变量对源的观测时间进行估计,并通过与实际观测比较,证明本方法估计的观测时间与实际情况一致。     

赤道式天文望远镜极轴调整分析及观测结果

天文望远镜的指向精度和跟踪精度是评判一架天文望远镜的重要指标。赤道式天文望远镜的指向精度和跟踪精度受到极轴位置准确性的影响。正确地安装好极轴位置显得非常重要。极轴校正是一项很重要的工作。介绍了用观测恒星的方法来校正极轴位置,分析了合理地选择目标恒星,得出结论:在调整极轴东西方向时选择子午圈上的恒星作为观测目标恒星,在调整极轴俯仰方向时选择90°时角圈上的恒星作为观测目标恒星。经过多次调整极轴东西方向和极轴俯仰方向并对两个方向交替进行调整,望远镜的极轴将处于相当准确的位置。     

研制低纬子午环初衷的沿革

介绍了在低纬子午环研制过程中，如何跟踪国内外测量方法和科学技术的发展，调整该仪器的主要课题目标：开始时仅计划在低纬度地区进行天体位置的绝对测定，改善基本星表系统；在１ｍ望远镜试验ＣＣＤ底片重迭法成功后，打算把该仪器绝对测定的恒星位置与河外天体联系起来，间接地建立准惯性天球参考架；当国外传统子午环配备ＣＣＤ测微器作相对测量后，提出了在该仪器上配备ＣＣＤ测微器作绝对测定的方法，用其观测数据直接建立实用的准惯性天球参考架，并为太阳系和银河系研究提供有用数据的总体目标。     

基于双星光学跟踪方式的目标定位精度分析

面对双星光学跟踪方式目标定位的可行性问题,通过多参量分析方式研究了各项误差源对最终空间目标定位精度的影响.基于单星成像过程,建立了星载观测平台的视线矢量模型,结合双星空间位置建立了目标定位模型.以星载观测平台的视线矢量作为中间变量,推导了各项误差源与目标定位误差间的关系,通过最小二乘法建立了目标定位精度模型.针对5 min双星跟踪观测任务,得到了16项误差源在三轴方向的平均误差灵敏度,可为双星光学观测系统的误差分配提供一定的参考.     

面向空间碎片观测的望远镜指向误差校正方法

空间碎片光学观测图像的处理过程中,受望远镜指向误差影响,背景恒星易出现错误匹配或无法匹配的情况,给底片模型的计算与目标的精密定位带来困难.从空间碎片观测图像的特点出发,提出了一种基于特征恒星的多邻域迭代匹配法.实测数据的试验结果表明,该方法消除了望远镜跟踪误差带来的影响,大幅提高了背景星图匹配的效率与正确率,且时间开销较少,有利于数据的实时处理.     

基于GPS接收机的程控目标跟踪方法的气球飞行试验

简要介绍了基于ＧＰＳ接收机的程控目标跟踪方法原理和１９９８ 年５ 月的一次气球飞行试验结果．成功的飞行试验证明该方法对于用准直器限制视场的Ｘ 射线和＄射线气球天文观测非常适用,可提高观测灵敏度和简化数据处理过程,特别是在长距离飞行时可做到多目标自动对准和跟踪的自主闭环系统     

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.     

高轨空间碎片的观测模拟

对高轨空间碎片进行了观测模拟。在观测模拟中，分别选取南京和云南两个观测站；采用2种跟踪方式：跟踪恒星和跟踪卫星；对于同一地理经度上的同步卫星进行了观测；提供了发现新目标的方法；并给出了新目标的初轨。这为我国空间碎片的数据库的建立作了有益的尝试，对于卫星和航天器的飞行安全具有特别重要的意义。     

两种大偏心率卫星的捕获方法

由于光学初轨计算的精度较低,特别是卫星周期的计算精度不能满足空间目标的捕获的要求,本文针对这一情况,提出了两种大偏心率卫星的捕获方法,并讨论了可能出现的问题,特别是较详细讨论了巡天观测法中常出现的整圈不确定的问题,给出了解决的方法,并给出于空间目标捕获的实例。     

空间碎片光学观测中若干问题研究

<正>地基光学观测是探测空间碎片的重要手段.本文从目标搜索方案的制定、目标质心提取、目标精密定位以及目标关联4方面入手,研究提升设备探测能力、提高目标观测精度的方法.首先,为了满足对GEO(Geosynchronous Orbit,地球同步轨道)空间碎片探测的要求,克服长时间曝光CCD像元饱和溢出的问题,使用多帧连续曝光图像叠加的方法,增加图像的宽容度,同时保证系统的探测能力.实验表明,叠加10帧连续图像,有效消除了像元饱和的情况,提升目标信噪比约3.2倍,提升探测能力约2.5 mag,使用底片常数的均值计算目标位置,精度符合要求.使用星像几何形态检测     

姿态卡尔曼滤波对FAST馈源舱 BDS/SINS组合导航位姿精度的提高

500 m球面射电望远镜(The Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, FAST)馈源舱位置和姿态测量精度直接影响望远镜接收机的对准精度.为了提高馈源舱位姿精度,提出姿态卡尔曼滤波算法,采用北斗导航系统的多天线技术解算馈源舱姿态,将它与捷联惯导解算的馈源舱姿态对比,两者的差值作为姿态卡尔曼滤波的量测量.为了降低北斗导航系统解算姿态的复杂度,采用了罗德里格矩阵解算方法.以望远镜跟踪观测模式时,北斗导航系统和捷联惯导解算的实际导航结果作为测试数据,测试结果表明采用姿态卡尔曼滤波的组合导航结果精度优于传统卡尔曼滤波的组合导航结果,尤其在航向角和yf轴的位置精度上.