陆军工程大学 电磁环境效应与光电工程国家级重点实验室，南京 210007
回击通道的光学观测对于研究回击发展过程和物理机制、完善工程回击模型都具有重要的意义。采用雷电发展过程高速光学观测系统（LiPOS）测量了人工引雷中距离通道底部21 m至309 m的一组通道发光波形，基于系统辨识的输出误差（OE）模型建立了回击向上传播过程光辐射脉冲间的传递函数，获得了1 kHz～1 MHz频段内群速度和相速度曲线。时域分析表明，通道辐射光脉冲波形前沿上升时间由靠近底部的1.1 μs变化为309 m高度处的1.84 μs，色散特性是其变化的重要原因。频域分析表明，OE模型能够有效抑制测量噪声的影响、获得清晰的分析曲线，100 kHz以下低频段内群速度呈显著的非单调变化，500 kHz以上区域群速度稳定在58%光速左右。将分析结果与相关文献的研究进行了对比和讨论。研究结果对于定量评价回击电流传播色散特性具有重要参考价值。
雷电 回击速度 色散 光学观测 传递函数 lightning return stroke velocity dispersion optical observation transfer function 强激光与粒子束
2022, 34(11): 113002
1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130117
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室, 江苏 南京 210008
测角数据的初轨确定(IOD)是通过光学观测技术进行空间目标编目的关键,然而对于低地球轨道(LEO)空间目标,地基光学观测所获得的数据弧长较短且不包含距离信息。因此,在进行IOD时,所得轨道的误差往往较大,难以应用于进一步的工作中。针对上述问题,研究了LEO空间目标的非协同共视观测技术及其初轨确定,并基于统计学提出了一种利用非协同共视观测技术定位空间目标的新方法。结合中国科学院空间目标与碎片观测网的光学测角数据进行了实验验证,结果表明,所提方法对Ajisai卫星定位的均方根(RMS)误差小于100 m,对空间碎片CZ-2C R/B定位的RMS误差小于200 m,优于传统的三角视差法。随后,将上述定位结果用于IOD,所得轨道半长轴的误差在1 km左右。
测量 光学观测 空间目标 共视观测 初轨确定 光学学报
2021, 41(19): 1912003
1 中国科学院 光学天文重点实验室(国家天文台), 北京 100101
2 中国科学院大学, 北京 100049
小行星地基光学观测是小行星搜寻和性质研究的重要手段。近年来, 小行星搜寻项目朝着大口径大视场的方向发展, 探测能力提升的同时数据量也大大增长, 为了提高小行星光学观测图像的处理速率, 本文提出基于GPU的小行星光学观测图像实时处理方法。对Source Extractor算法进行研究, 在满足提取精度的前提下, 实现Source Extractor算法的简化和基于GPU的并行化; 同时, 采用Match匹配算法进行天文定位, 并对Match匹配算法进行优化, 提高算法适用性和准确率。实验结果表明: 利用NVIDA GeForce GTX 2080Ti显卡搭建的实验平台实现简化和并行化后的算法, 相比于CPU下的串行算法, 提速比可达17(S/N阈值设置为3), 且随着高性能显卡的进一步发展, 提速比还有提升空间, 此方法还适用于其他光学巡天观测图像的处理。
小行星光学观测, 目标提取, GPU, 并行算法 asteroid optical observation target extraction GPU code parallelization 光学 精密工程
2020, 28(11): 2527
为了快速检测出地球同步轨道带光学观测图像中的空间碎片, 提出了一种基于信噪比的分级检测方法.首先分析实测数据, 得出观测图像中不同信噪比碎片运动相似的特性.对于高信噪比碎片, 采取帧差法快速检测, 并利用多帧图像计算速度信息; 对于低信噪比碎片, 根据高信噪比碎片检测结果得到的速度信息, 采用改进的动态规划检测方法.实际图像检测结果表明: 当递归方程的搜索窗口为5 pixel×5 pixel时, 分级检测方法检测性能最好; 当累积帧数大于5帧时, 检测时间比传统动态规划方法减少了87%以上.分级检测方法具有检测率高、虚警率低、计算量小的优势, 适合地球同步轨道带光学观测图像中空间碎片的检测.
地球同步轨道碎片 光学观测 目标检测 帧差法 动态规划 Geosynchronous earth orbit debris Optical observation Target detection Frame difference method Dynamic programming
1 清华大学 航天航空学院, 北京 100084
2 宇航动力学国家重点实验室, 陕西 西安 710043
3 63751部队, 陕西 西安 710043
基于单颗天基卫星的光学监测数据在轨道改进时的可观测性差, 迭代难以收敛, 甚至法方程病态, 造成大批量空间目标编目定轨失败。本文分析了仅利用单星光学监测确定空间目标轨道的特点和难点, 针对基于天基监测的定轨亏秩问题和单星光学监测定轨的可观测度进行了研究。基于先验轨道信息建立了虚拟测距模型, 提出了一种利用虚拟测距和天基测角数据联合的轨道改进方法, 提高了利用单颗天基卫星的光学监测数据定轨系统的可观测性。采用我国首颗天基监测试验卫星2015年某40天内监测到的400多个目标的实测数据进行验证, 添加虚拟测距后, 定轨成功率由原来小于10%提高到90%以上, 同时提高了轨道确定精度。
光学观测 空间目标 天基卫星 轨道确定 虚拟测距 定轨成功率 optical observation space object space-based satellite orbit determination virtual range successful rate
低轨危险空间碎片可对航天器造成灾难性损伤，对空间碎片的远程探测与识别是实施碎片规避和碎片清除任务的基础和前提。但由于该类目标信号微弱、运动速度快、光学特性存在时变和不确定性，因此，对其探测与识别提出了严重挑战。针对远距离危险空间碎片的实时监测、识别、碰撞预警、精确定轨的迫切需求，为给天基载荷发展与设计提供支持，总结了电荷耦合器件、雪崩光电二极管、位置读出光子计数探测器等器件的主要性能，并对基于不同探测器的探测技术用于LEO轨道危险碎片天基光学观测的能力进行了比较分析。
危险空间碎片 天基光学观测 LEO轨道 hazard space debris space-based optical observation LEO
1 中国科学院国家天文台, 北京 100012
2 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130117
3 中国科学院大学, 北京 100049
利用卫星激光测距(SLR)技术对空间非合作目标进行跟踪观测现在处于发展阶段，存在预报不够准确以及单站少量观测数据不能定轨等困难。因此提出联合非合作目标的单站SLR 数据和光学观测数据进行综合定轨，从而得到非合作目标的精密轨道。利用Ajisai 卫星和Jason-1 卫星的单站激光测距数据和光学观测数据的试验结果证明，综合定轨精度比光学定轨精度有一个量级的提高。进而可以得到高精度轨道预报，这有利于非合作目标的激光测距进入一个良性的常规运行状态。
测量 空间目标 卫星激光测距 光学观测 激光与光电子学进展
2015, 52(7): 071203
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
以水平圆编队构型为例，利用卫星防真工具包(STK)工具构建两种三颗星绕主星伴飞的编队飞行模型。在Matlab软件中读取从STK编队模型导出的轨道数据，包括光照时间、太阳相位角、伴飞星之间的位置关系以及太阳、月亮分别与观测相机之间的位置关系等，并建立伴飞星对主星、伴飞星之间进行天基光学观测的可见性分析模型，推导出伴飞星对主星、伴飞星之间可见性时段。综合考虑实际空间环境中的各个影响因素，提出了编队卫星在轨运行时做可见性分析的方法，得出了对在轨目标进行天基光学观测的可见性分析结果，为编队星座技术应用于天基光学观测提供了技术支撑。
测量 天基光学观测 可见性分析 编队飞行 STK软件 光学学报
2012, 32(s1): s112004
对空间目标的监视可采用地基和天基两种方式实现。与地基观测相比，天基观测在空域覆盖性和监视时效性等方面具有较大优势，空间目标天基观测技术已成为当今空间领域的前沿性技术。目前，许多国家和组织都在大力发展空间目标天基观测技术。天基光学观测可采用光学栅栏、特定天区和地球同步带搜索方式实现空间目标的捕获；可通过恒星跟踪和天文定位方法获取空间目标的位置信息；可采用等待或跟踪方式实现对目标的成像。
遥感 天基光学观测 光学探测 光学成像 remote sensing space-based optic observation optic detecting optic imaging
