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基于时序光度信号的目标卫星状态特性估计

曾诚宇  
【摘要】:进入太空中的目标日益增多,其中最重要的一类空间目标就是卫星,从国家太空安全角度出发,对太空中的卫星尤其是他国卫星的探测与辨识成为当前的一个研究热点。针对星上观测获取的目标卫星时序图像,传统的光学目标识别跟踪算法只是利用目标的时序图像来计算目标的轨迹,但这些图像也包含了目标的很多其他相关信息,能对目标的很多参数进行反演。本文针对轨道高度在500km到1000km的中低轨卫星开展了研究。位于该高度范围类的卫星与高轨预警卫星的任务类型不同,通常不会采用自旋稳定状态实施扫面探测,加之当前三轴稳定技术已较为成熟,并得到了广泛的应用,因此中低轨卫星通常采用三轴稳定的控制状态。而当一颗三轴稳定卫星失效之后,由于没有控制系统对卫星姿态的调整,卫星通常会处于混乱翻滚的状态。而这两种运动状态的不同,将导致目标卫星反射的光通量具有不同的变化特性。本文将通过时序图像中提取到的目标卫星光度信号,对目标卫星的运动状态做出判定。当判定一颗目标卫星为正常工作状态的三轴稳定卫星,对它的特性反演就具有极大的应用价值。本文在卫星尺寸反演这一章,定义了反射率面积乘积这一物理量来表征目标卫星的尺寸。在轨大型卫星,外形尺寸在数十米到上百米;中型卫星,外形尺寸大都在几米到十几米的量级;小型卫星,尺寸在十米以下。卫星本体表面热控材料的反射率通常在0.3~0.6,卫星太阳能帆板的反射率在0.8~0.9。反演得到卫星本体表面的反射率面积乘积,就能对卫星的尺寸进行估计,进而分析其功能和用途。反演得到太阳能帆板的尺寸,就能对卫星的整星功率进行估计。本文针对星上监视在轨抵近识别侦查的应用背景,做了如下工作:1.对观测卫星所搭载的探测器的探测性能做了分析,综合考虑了平台振动、噪声对目标信号的影响。给出了观测卫星在轨抵近识别过程中,能从时序图像中实现目标检测的观测距离。2.根据目标卫星时序光度信号的频谱特性,对目标卫星的运动状态进行了判定,判定了目标卫星处于正常工作三轴稳定状态还是失效翻滚状态。3.研究了目标卫星尺寸反演的算法,提出了应用反射率面积乘积的物理量来表征卫星尺寸的概念,并通过时序图像作为输入数据,对目标卫星的尺寸进行了反演。


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