北京航天飞行控制中心航天飞行动力学技术重点实验室, 北京 100094
受到距离和观测条件等因素的影响,地基设施对高轨空间目标的观测能力有限,但天基观测设施可以有效突破地基设施的观测局限,从而提高对高轨空间目标的观测效率和精度。基于此,结合当前天基测量技术的现状,研究基于天基光学测角的高轨空间目标轨道确定方法,包括初始轨道确定方法和轨道改进方法。针对观测量类型对轨道确定结果的影响,推导直接利用天基观测角度的轨道改进方法,以及基于天基观测方向矢量的轨道改进方法。利用仿真数据和实测数据对两种改进方法进行比较。研究结果表明,基于天基观测方向矢量解算得到的高轨目标轨道精度相对较高,可为我国空间态势感知体系的建设提供有益借鉴。
测量 空间目标 轨道确定 天基光学 空间监视 空间态势感知 光学学报
2021, 41(19): 1912002
1 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
2 长光卫星技术有限公司, 长春 130102
基于“吉林一号”视频系列卫星开展空间目标光度测量试验，阐述了视频星对空间目标成像以及光度反演原理，利用相机探测器输出图像的灰度值反演计算目标光度学特征.根据误差传递原理分析了辐射定标系数偏差和目标图像噪声对反演精度的影响，并以恒星作为标准辐射源对反演精度进行验证，结果表明恒星类点目标光度反演误差小于0.15 Mv.列举了空间目标拍摄及反演结果样例，并对视频星观测试验结果进行了统计和说明，得到视频星的极限探测距离、捕获概率以及观测效能，分析结果表明视频星的灵活成像模式可较好地适用于空间目标观测任务.
空间光学 空间监视 光度测量 空间目标 视频卫星 信噪比 误差传递 照度 目标探测 遥感 Space optics Space surveillance Luminosity measurement Space target Video remote sensing satellites Signal to noise ratio Principle of error transfer Illumination Object detection Remote sensing 光子学报
2019, 48(12): 1228002
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 小卫星技术国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春130033
为实现高灵敏度条件下近距离空间目标的探测成像, 通过设计惯性空间跟踪、terminal滑模稳定控制指向方法和成像行频自主匹配技术, 利用高灵敏度CMOS相机实现了对空间目标的稳定指向和高信噪比成像。最后, 利用卫星三轴气浮姿控仿真系统、空间LED目标显示系统和高灵敏度CMOS相机成像系统, 进行惯性空间跟踪稳定指向姿控仿真及外场高灵敏度成像试验。试验结果表明: 对惯性空间目标稳定指向的过程中, 稳像姿态控制优于0.02°与0.001 5 (°)/s时, 成像曝光10 ms可获得信噪比为19 dB的低照度图像; 利用F数为10的GSENSE400 CMOS相机, 在光照度为0.05 lx和行频自主匹配成像姿态的10 ms曝光时间条件下进行20 km近距离外场成像试验, 能够获得SNR大于18 dB的高信噪比图像。
空间监视 空间目标 高灵敏度 低照度 智能匹配 信噪比 space surveillance space target high sensitivity low illuminance intelligent matching Signal Noise to Ratio(SNR)
1 北京跟踪与通信技术研究所 空间目标测量重点实验室，北京 100094
2 北京空间信息中继传输技术研究中心，北京 100094
为了提高强度相干方法对空间目标的成像质量，避免复杂的相位估计过程及其引入的额外误差，对高阶强度相干的相位恢复方法进行了改进.在对高阶强度相干相位测量信噪比定量讨论的基础上，选择三阶强度相干方法对远场目标测量过程进行仿真，针对相位解算过程中频谱模值传递噪声放大等问题，根据相位估计与相位测量结合的思路，提出了相位闭合正则项改进算法.通过室内强度相干成像实验，比较改进算法与最速下降法、先验信息迭代方法对相同测量结果的图像恢复效果.实验结果表明，改进算法得到的图像误差值低于原有方法，较为有效地提高了成像质量.
空间监视 图像重构 傅里叶光学 相位测量 信噪比 Space surveillance Image reconstruction Fourier optics Phase measurement Signal to noise ratio
1 国防科技大学 电子科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 装甲兵工程学院 技术保障工程系, 北京 100072
空间目标观测策略是决定天基光学监视系统性能的关键因素之一, 本文对国外已服役和在研的GEO目标天基光学监视系统及其观测策略进行了讨论。首先, 概述了GEO目标天基光学监视技术的发展历程; 然后, 简要分析了GEO目标的轨道特性, 并在此基础上讨论了主流的GEO目标监视策略; 最后, 针对近年来呈现出的监视系统小型化和自主运行的发展趋势, 对SBO载荷与3U CubeSat星座的目标监视性能进行了仿真评估。实验结果表明: SBO载荷和CubeSat卫星均可探测1 m直径的GEO目标, 单颗SBO载荷探测GEO目标比例大于51%, 观测弧长和重访周期分别约1.2°和1.5天, CubeSat星座则可探测超过90%的GEO目标, 平均观测弧长和重访周期分别大于67.1°和小于0.4天。由此可见微小卫星通过组网能实现对GEO目标的独立自主监视。
地球同步轨道目标 空间监视 天基光学监视 微小卫星 GEO objects space surveillance space-based optical surveillance minisatellite and microsatellite
哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心,黑龙江 哈尔滨 150001
提出了一种相机在回路的星空背景数字图像生成方法。依据光度量与辐射度量的关系,建立恒星成像信号强度模型,计算目标在焦面的成像强度。通过星图软件SKYMAP对天区内恒星数目及星等进行统计,拟合得到相机观测视场内恒星数目与星等的统计函数。使用该统计函数模拟相机视场内的恒星数目及其对应的星等。最后,基于成像信号强度模型、恒星数目及星等的统计函数以及恒星在焦面的成像特性,提出全天区统计的星空背景数字图像生成方法。基于具体的相机CCD与光学系统参数,对星空背景数字图像生成方法进行仿真验证。结果表明,该方法可生成较大星等(星等＞10)的星空背景图像,基本满足了现有空间目标检测与跟踪算法对星空背景数据的要求。
空间监视 星空背景 星等 数字图像 成像 灰度值 space surveillance star map star magnitude imaging gray value
1 中国科学院上海技术物理研究所,上海,200083
2 中国科学院研究生院,北京,100039
微卫星装载的新型监视传感器对空间目标成像,要求其望远镜简单,重量轻,成本低和快速实现.针对任务要求和当前技术水平,提出采用同轴三反射镜望远镜构型与使用新型材料相结合的设计方法.望远镜系统为同轴三反射镜构型,由3片非球面镜和1片45度全反镜组成,其性能优于两反,而设计与制造又相对离轴三反容易;使用诸如碳化硅和碳纤维复合材料等材料容易控制系统重量.望远镜采用管状外形,反射镜支撑采取周边支撑与背部支撑相结合的形式,使加工和装调较为简单.望远镜模装设计的调制传递函数大于0.2,重量小于5kg,满足微卫星星座平台装载空间监视传感器的关键设计要求.
空间监视望远镜 微卫星星座 系统设计 视觉传感器
