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空间轨道红外目标形态测量技术研究

黄京梅  
【摘要】:空间非合作目标相对形态ξ相对位置与相对姿态信息的获取是空间非合作目标形态测量系统的重要组成部分ˋ是完成交会对接等多种空间任务的关键本文在非合作工作方式下ˋ以追踪星观测平台对目标卫星相对位置与相对姿态的测量为研究背景ˋ对其中的纯角度跟踪方法系统模型选取非线性滤波估计技术角点提取以及姿态测量等理论问题和关键技术进行了分析和研究论文的主要工作如下 1针对红外远距离空间非合作点目标跟踪的问题ˋ本文对追踪星和非合作目标卫星之间的相对轨道动力学特性进行分析ˋ推导出二体问题假设下的空间远距离在轨目标的相对运动方程ˋ建立了空间远距离非合作目标纯角度跟踪的模型当前点目标的跟踪主要采用基于EKF的纯角度跟踪算法ˋ本文针对该算法易发散的缺陷引入了可以改善其性能的UKF算法ˋ并比较了两种算法的估计精度ˋ仿真结果表明UKF算法较EKF算法鲁棒性更强ˋ跟踪精度更高 2针对红外空间非合作像目标姿态测量问题ˋ首先ˋ本文引入了数学形态学滤波方法对红外图像预处理然后ˋ通过对目前常用角点检测算法进行分析和比较ˋ得出Harris算子与Hough变换算子在红外目标的检测速度和精度上各自具有较大的优势最后ˋ本文将这两种算子用于空间红外视频中提取非合作目标图像的角点信息ˋ进而得到红外目标的姿态量测信息ˋ实验结果验证了它们用于空间非合作目标姿态测量的有效性和可行性 3本文使用Matlab和Stk开发了空间红外非合作目标形态测量仿真平台在该平台上利用STK生成的轨道数据进行了点目标跟踪仿真试验利用红外视频进行了非合作像目标的姿态测量实验验证了本文所研究的纯角度定轨跟踪算法以及姿态测量中角点检测算法的正确性和可行性结果表明ˋ该数字仿真系统能够实现Matlab与STK的相互连接ˋ并能通过Matlab获取和保存Stk数据ˋ然后将该数据用来分析非合作目标的可见性点目标纯角度跟踪的性能以及空间红外像目标的姿态


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