收稿日期:2005-06-01; 收修改稿日期:2005-09-07
天基空间目标探测技术探讨
谭莹
(武汉大学电子信息学院,武汉430079)
摘 要 天基空间目标探测系统可以在太空中近距离地对空间目标进行监视、跟踪和
识别,因而成为当前研究的热点。文章分析了国内外天基空间目标探测技术研究概况,对其发展趋势进行了探讨。
主题词 空间目标 天基监视跟踪系统 探测
1 引 言
目前国际上使用的空间目标的观测设备主要都是地面设备。地面观测设备由于不受体积和质量等限制,可以采用大口径天线来得到很高的空间分辨率,以及以很大的发射功率来获得很远的观测距离,所以仍然是目前空间目标观测的有力武器。但是地面设备也有其局限性,除了受仪器本身发展的限制外,观测过程中还受到大气传播抖动、蒙气差、电离闪烁等因素的影响,而且观测信号在大气中的衰减使其频率只能在较低的频率范围内选择,使得对小尺度的目标以及目标细节的观测受到限制。目前对于中小尺度的空间碎片在地面观测还是盲区,利用天基观测设备则可以有效地解决这些问题。而且对于高轨道上的空间目标的观测,利用天基探测设备更加有效,特别是对于对地观测有重要意义的地球同步轨道。随着微小卫星技术的发展,灵活多样的小卫星也为天基探测在大范围开展提供了支持,降低了天基观测的门槛[1]。
下面介绍国内外天基空间目标探测技术研究概况。
2 天基空间目标监视系统发展现状
为了克服地基系统的各种缺点,美国等航天大国部署了天基空间目标监视系统[2,3]
。该系统包
括一个专用天基传感器。它被称为天基可视传感器(S BV ,Space Based V isible )[4]。S BV 传感器在
1996年由弹道导弹防御组织(BMDO ,Ballistic m issile Defense Office )发射的中程空间实验(MSX,M id 2course Space Ex peri m ent )卫星运送至轨道。MSX 卫星的遥感器波长为016
μm ～26μm ,覆盖紫外到超长波红外谱段,另外还装有CCD 可见光遥感器。该卫星发射于1996年,用于跟踪导弹,完成原定使命后被用来加强“地基空间侦察系统”。
图1是安装在MSX 卫星上的天基可见光传感器,这是第一个天基空间探测传感器,由美国麻省理工学院林肯实验室设计和完成[5～10]。
美国正在研制的天基空间目标监视(S BSS,Space 2Based Space Surveillance )系统是美国为提高对空间目标监视、跟踪和识别能力,增强对空间战场态势的实时感知能力而研制的支持空间型天战武器装备。美国希望S BV 能够坚持到第一颗S BSS 卫星开始在太空中运转。5
2006年第3期 空间电子技术S PAC E ELEC TRON I C TECHNOLO GY
天基空间目标监视的整个理念是从太空中对太空进行更近距离的监视。天基传感器应当能够看到太空中有什么,和太空中正在发生什么,而且比地面传感器看到的更清晰,如图2所示
。
S BSS 系统的初期目标是能够在任何气候条件下全天候探测、跟踪、编目和观察空间的人造物体,最后的目标是可以不受限制(如影响地基系统的天气、时间、地点等)地进行深空和近地的空间目标探测。
S BSS 是一个使用光电传感器的卫星星座,它将成为太空侦察网的基石,极大地增强长期使用的地基太空监视系统网络。S BSS 系统的概念研究启动于2002财年,并提出了530万美元的预算要求。美空军计划使用现有的“中程空间实验“卫星来确定S BSS 系统的设计方案。第一份S BSS 卫星合同于2004年年底签署。目前拟议中的S BSS 系统由4～8颗卫星组成,高度1100k m ,设计寿命5年,能够实现每天对空间目标监视一次并更新大多数卫星的位置数据。据称,S BSS 系统将使美国对地球静止轨道(GE O )卫星的跟踪能力提高50%。
按原计划,S BSS 系统的研制经费为519亿美元,2007年发射,2010年投入使用,最终可能完全取代地基监视空间系统。但是MSX 卫星上用于太空侦察的传感器使用年限已超过设计寿命,有可能导致卫星覆盖出现空白。为了避免这种情况发生,美国空军计划2006年发射第1颗S BSS 。在研制S BSS 系统的同时,美国将继续改进地基监视空间遥感系统和进一步提高监视空间的指挥控制能力与数据融合能力。所以,不久以后,美国的空间信息支持将由天基和地基一体化的监视空间系统构成。
随着微小卫星技术的日益成熟,利用微小卫星进行空间目标探测和监视也成为当前研究的热点。为继续进行空间平台小型化研究,美空军和国防高级研究计划局(DARP A )为10所院校提供经费,开发新型、低成本、供军方使用的纳卫星。这些纳卫星质量为2～10kg,可以演示不同的GPS 导航、小型化的传感器和微推进技术。2002年12月,“奋进”号航天飞机发射了2颗01908kg 重的卫星。这是空军与DARP A 联合进行的。试验表明,其在轨自动监视能力又向前迈进了一大步。美国空军还进行了“实验卫星系统“(XSS )系列试验。XSS 210是系列卫星中的第1颗,已于2003年成功发射。该星能对位于低地轨道上的卫星近距拍照,演示了半自主运行和近距空间目标监视能力。美国空军于2004年发射XSS 211,主要试验对目标的监视能力,并用于演示先进的轨道机动和位置保持能力。
加拿大是北美防空联合司令部(NORAD )的成员,NORAD 一直使用卫星跟踪服务来辨别目标是接近北美的弹道导弹还是在轨的23000个以上的人造天体之一。卫星的跟踪功能离不开由空间目标监视网的雷达和光学传感器提供的数据,这些数据包括距离和方位角的连续测量值。加拿大启动空间监视计划的目的就是为了增加空间目标监视网的传感器,通过发展近地空间监视系统(NESS )来实现对近地球小行星的搜索和跟踪,以及对地球轨道卫星的跟踪。NESS 任务是在加拿大空间局和加拿大国防部的支持下,由Dynacon 和一个小行星科学家小组共同开发的[11,12]。它在小卫星平台上装6空间电子技术 2006年第3期
载小型成像望远镜,此成像望远镜是基于为MOST 恒星光测任务而设计的。NESS 用一个卫星完成两个任务:跟踪接近地球的小行星,跟踪地球轨道上的卫星。
1996年,加拿大在MSX 卫星上装载了天基可见光试验望远镜,它的口径为15c m ,和加拿大第1个天基望远镜2MOST 的望远镜口径一样。MSX 的望远镜具有良好的性能,以致于试验结束后就被选为空间监视网的传感器。这也表明具有实现卫星跟踪任务所需的望远镜能够配置在1颗小卫星上。基于上述原因,在加拿大国防部空间监视计划中包括了发射用于跟踪卫星的小卫星,它主要用于跟踪地球静止轨道上的通信卫星和其他一些高轨卫星(NORAD 所谓的深空目标)。该计划包括在2005年左右将1颗或多颗卫星送入轨道。NESS 卫星上望远镜获得的目标亮度为11～14,它获得的目标精度能够与NORAD 规定的相适应,对于距离40000k m 的目标精度为1km 。
3 天基空间目标探测技术研究概况
目前的空间目标监视系统主要依靠雷达和光学系统。一般来说,雷达主要用于探测较近距离的轨道范围,而光学望远镜用于更远距离的轨道范围。因此,下面将主要介绍天基空间目标的雷达探测技术和光学/光电探测技术的研究概况。
311 天基雷达探测技术的研究概况
[1]天基雷达的平台主要有卫星、飞船或空间站等。直接用于空间碎片观测的天基雷达是最近几年才提出来的。目前国际上对空间碎片开展天基观测研究的项目有:美国在国际空间站上搭载的专门用于监视轨道上碎片的雷达,法国空间局的小卫星群计划,俄罗斯的短毫米波相控阵雷达,以及加拿大的观察空间碎片的雷达。
国际空间站的平均轨道高度为397km ,因为体积大和在轨运行时间长,必然会受到空间碎片的撞击。实际情况证明了这一点。1999年10月26日曾经因为失效的火箭残骸碎片进行了机动规避,将轨道提高115k m ,使得与碎片的距离从114k m 变为25km 。因此国际空间站在设计阶段专门针对空间碎片的预报和规避提出了搭载专用雷达的方法。该项目由美国NAS A 的Johns on 空间中心负责。主要研究工作包括两个雷达方案的研究与设计:一个是由Texas A&M 大学电子工程系负责的天基毫米波雷达,另一个是与洛克希勒工程科学公司合作的Ku 波段天基雷达。
Texas A&M 大学从1987年开始对探测需求和方法进行研究,1989年提出了对空间碎片跟踪的毫米波雷达的可行性报告,1991年针对高精度跟踪定位的相控阵雷达进行了小型化,以适应天基应用的要求。该系统用于对国际空间站附近25k m 范围内的4mm ～80mm 的空间物体进行跟踪测量,提供冲撞警告以及对空间碎片的数据库提供更新数据。具体工作时先由红外观测系统提供目标的粗略信息,然后雷达开机进行精确测量。因为需要观测的范围是围绕空间站轨道的圆环,所以雷达在俯仰方向的观测范围是±15°,在水平方向是360°。在雷达设计方面,该系统采用了当时最先进的单片集成的大规模相控阵天线、单脉冲跟踪技术、低噪声放大器以及脉冲压缩技术。天基雷达的探测范围在空间站的轨道面上,探测参数包括空间站与碎片的相遇时间、碎片的距离、径向速度以及俯仰角等。
Johns on 空间中心与洛克希勒工程科学公司合作的Ku 波段天基雷达的研究开始于1987年。该探测系统在综合考虑了探测需求和当时的技术水平以及微波器件的能力以后,将工作频率选在Ku 波段,天线采用了微带线形式的相控阵天线。研究人员在1989年利用实验室现成的设备研制了地面实验样机,对系统设计中提出的概念、技术和总体性能进行验证,主要是验证利用MM I C 技术实现的相控阵天线对通过雷达视场的高速小目标测速的精度。试验中用步枪子弹进行了飞行轨道测量,将目标距离限制在1k m 处,因为目标的速度已知,雷达截面已知,所以可以用样机测量的结果来验证雷达的性能。利用仿真程序对测量数据进行分析以后,得到不同天线参数的测量精度,为实际的天基雷达设计提供依据。72006年第3期 谭 莹:天基空间目标探测技术探讨
8空间电子技术 2006年第3期
在地面样机的基础上,该项目的天基雷达样机方案在1993年确定。为了减小体积、功耗和成本,并在几分钟的处理时间内获得准确的预报结果,该探测系统需要与多个地面雷达站联合探测,并与地面大型计算机联合处理,还需要已知的空间碎片数据库的支持。
该方案建议在空间站上搭载的雷达能够探测在空间站的轨道面上出现的2c m～10c m的空间碎片,提前1～2个轨道周期得到准确的预报,为机动规避做决策和准备。因为空间站做机动规避的响应时间长,即使警报提前l～2个轨道周期,如果考虑到与地面系统的通信以及大气对地面雷达信号的衰减,这样的提前量仍然是不够的,因此要求雷达的探测距离尽可能大,该系统将探测距离确定为400k m。
具体的探测过程是,由2～3个地面雷达对2c m以上的空间碎片跟踪并定轨,向天基雷达提供有冲突可能的碎片的轨道数据,包括距离、方向、相遇时间等。然后由天基雷达开机,对该目标进行精确探测,再将结果传回地面,由地面处理系统得到该碎片的精确轨道数据,判断冲突的可能性。然后给空间站发送机动规避的信息,包括是否必要以及规避时间、规避类型等。
俄罗斯在1998年提出了采用毫米波天基雷达观测1mm～3mm的空间碎片。该系统搭载在宇宙飞船上,工作频率选在W波段,95GHz。采用由7单元天线组成的相控阵列天线,每个扫描扇区由4个天线探测单元组成。天线探测单元的-3d B波束宽度为116m rad,一个扫描扇区的波束宽度为4m rad。。整个天线口径2m,由7个380mm的大口径辐射单元组成,成轴对称结构。为了能够形成40000m2的雷达观测范围,探测距离范围为2500m～5000m。雷达采用脉冲工作体制,脉冲宽度016μs,重复频率30kHz,峰值功率1400W。利用相位相干检波进行速度测量。信号检测采用恒虚警,设两个检测门限,则目标检测的角度均方根误差不超过016角度分,距离误差不超过9m,有效散射截面误差不超过1～2dB,测速误差不超过1km/s。整个雷达系统的总质量不超过100kg,功耗不超过215k W。
法国空间局于1998年提出研制小卫星平台搭载的天基空间碎片观测雷达。利用多个小卫星分布在观测区域,就可以减小每个雷达的测量范围以及雷达的整体指标。例如对于太阳同步轨道区域的观测,采用2～3个小卫星就可以覆盖了。这种方式的优点是对单个卫星的要求低,整个探测任务周期短,可以尽快实现。
我国关于空间碎片的研究于2000年正式启动,其中天基观测危险碎片的研究工作也同期展开,提出了空间多波束测量雷达的思想。
应用天基雷达探测空间碎片是最接近目标的观测方式。雷达频率越高,可以看到的目标越多,但是在雷达实现上也困难得多。如何在质量、功耗有限的搭载平台上实现大功率、高分辨率、高灵敏度的毫米波雷达,就成为天基探测的关键技术之一。实际上,关于天基雷达探测的研究已经有10年以上,但是目前仍然没有一个在轨测量的系统,雷达的探测能力是一个很重要的原因。随着毫米波技术的发展,这个问题有望得到突破。
312 天基光学/光电探测技术的研究概况
美国的天基探测研究计划有两个[4]:一个是安装在“中程空间实验“(MSX)卫星上的天基可见光传感器(Space2Based V isible(S BV)sens or),一个是安装在“空间和导弹跟踪系统“(S MTS,Space2 m issile Tracking Syste m)卫星上的天基红外传感器(S B I RS,Space2Based I nfrared Syste m)。
S BV传感器在1996年由弹道导弹防御组织(BMDO,Ballistic m issile Defense Office)发射的中程空间实验(MSX)卫星运送至轨道[6]。S BV传感器很适合进行空间探测和跟踪[4]。用于空间目标光学探测望远镜作为光电图像转换的器件是CCD器件。它的口径是15c m,能在013μm～019μm的光谱范围内提供3516mm,16716mm的视场角。瞬时视场角是1212arc seconds。它可以抑制背景干扰,探测运动目标,提供目标报告。S BV传感器能够跟踪从LE O到GEO的空间目标,数据能以215Mbit/s 的速率下传或存储在54Gbit的记录器上。
美国国防部于1995年开始使用“天基红外系统“(S B I RS)导弹预警卫星[13,14]。S B I RS系统的功
能包括:空间导弹预警、为拦截导弹指示目标、提供空间战场态势信息等。S B I RS 于1997年进入工程研制阶段,1999年完成了S MTS 飞行验证系统的研制和制造,装配了6个红外传感器(2个用于捕获目标,2个用于跟踪目标,2个用于指示弹道)。S MTS 星座于2002年开始部署,2004年实现由4颗地球同步轨道卫星组成的完整星座。S B I RS 系统计划于2006年部署完毕。
S B I RS 由高轨道卫星和低轨道卫星组成。低轨道上的S B I RS 比地基雷达和光传感器能够探测和跟踪更小的空间碎片。
4 天基空间目标探测技术的发展趋势
天基观测设备包括光学望远镜、微波雷达以及激光雷达等。对于光学望远镜,其观测能力与目标距离的平方成反比,对于有源的微波雷达和激光雷达,则是与目标距离的4次方成反比;似乎光学望远镜更有利。目前的天基传感器主要是光传感器。但是光学设备受观测时间段的限制,观测效率低,在实际应用中有其局限性。激光雷达近年来发展较快,在对地观测中应用受到阻碍是由于激光在大气中衰减严重,在太空中则可以发挥作用。由于受到激光技术的限制,天基激光雷达目前主要用于近。对于远距离、大范围的空间目标的观测,有效的手段首推微波雷达。由于天基雷达在观测过程中不受地球大气的影响,可以工作在较高的信号频率上,使得雷达可以采用比地面设备小得多的天线口径和发射功率,就能够探测到距离较远、尺度较小的空间目标。雷达技术发展时间长,理论完备、技术成熟、手段多样,因此天基雷达探测成为目前空间目标探测的发展方向,尤其是探测目前无法观测的中小尺度的危险碎片的主要手段。随着毫米波雷达技术的突破,为天基雷达的小型化、高精度、高效率提供了技术支持。
地基空间监视系统的性价比高。但是空间控制必须以太空为中心。为了监视太空并了解在太空中发生的事情,必须进入太空,让传感器摆脱大气层的限制。总之,地基空间监视系统和天基空间监视系统各有自己的位置。
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作者简介
褚振勇 1972年生,空军工程大学电讯工程学院讲师,中国通信学会会员,现在西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室攻读博士学位。研究方向:卫星通信、扩频通信和通信抗干扰。
田红心 1968年生,西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室研究人员,副教授,发表论文十余篇。主要研究方向为卫星通信和信号处理。
易克初 1943年生,西安电子科技大学教授,博士生导师,综合业务网理论及关键技术国家重点实验室副主任。研究方向:卫星通信、扩频通信、通信抗干扰、通信信号处理和语音信号处理。(上接第9页)
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Conference Pr oceedings 11999,4:208～209
作者简介
谭莹 1963年生,副教授,博士。主要从事无线通信、信道编码、空间光通信和电磁场与微波技术等的科研和教学工作。532006年第3期 褚振勇等:几种M 元扩频体制的分析
航天编队飞行和空间虚拟探测技术 香山科学会议第206次学术讨论会综述 以“建立高效、低成本、低风险分布式天基探测系统——航天编队飞行和空间虚拟探测技术”为主题的206次香山科学会议学术讨论会于2003年8月26～28日在北京举行。会议聘请宋健院士、中国科学院上海技术物理所龚惠兴院士和中国科学院空间科学与应用研究中心姜景山院士担任执行主席。会议的中心议题为航天编队飞行技术、空间虚拟探测技术、分布式合成孔径雷达、现代一体化设计小卫星等。 宋健院士首先做了“重视研究低成本小卫星和虚拟探测技术”的报告，指出21世纪航天技术的发展对于外空间的科学探测、认识宇宙，扩展生存空间、挑战传统物理学和天体物理学具有非常重要的意义。强调航天的作用不仅仅是认识我们地球，而是认识宇宙的不可缺少的手段。他提出了三点需要重视的问题：第一重视基础研究，要搞编队飞行或者是虚拟探测技术研究，都要重视基础研究；第二加强长远项目的研究，“编队飞行”是一个长远课题的研究，从近期入手，逐步到达更高的目的；第三航天技术应用研究，要向社会开放，特别是要向全国的研究机构和高等院校开放，动员社会力量逐步提高我们的航天技术，这样使航天技术的根基更深，深入民间。 一、航天编队飞行及空间虚拟探测技术研究现状及重要性 姜景山院士作了题为“航天编队飞行及空间虚拟探测技术——21世纪航天应用技术前沿”的总评述报告。他指出，编队飞行的目的在于以多颗小卫星编队飞行来实现大卫星才能具备的强大功能并且可以实现功能重组，它要求编队中的每一颗卫星的传感器所获得的信号要进行相干处理。从技术上说，实现编队飞行必须以具有高度自主能力的小卫星和特殊轨道设计为技术前提。编队飞行与虚拟探测紧密相连，相互促进、共同发展。 编队飞行及空间虚拟探测技术是本世纪航天技术及应用领域的前沿性、战略性课题。在21世纪人类的航天活动中，编队飞行及虚拟探测技术必将发挥出越来越重要的作用。对于国家安全来说，它是我们必须争取的21世纪航天领域的战略制高点。它的发展也将对空间科学、空间技术及应用产生深远的影响、对于空间对地观测以及对宇宙观测方面具有重大意义，同时可以极大地提高对地观测以及对宇宙观测的能力，还将极大地促进计算机、自动控制、精密定轨、星间信息交换、空间轨道设计和编队构形设计等航天技术的发展。我国作为一个重要航天国家，应不失时机地抓住机会，纵深布局，加快研究及试验，将有可能在这一领域与国际水平同步，为我国空间技术、国家建设及国家安全提供先进有效的战略科技途径。 迄今为止，这一技术在国际上的发展也不过十几年，而且普遍处在研究和试验阶段，美国的规划目标是到2020年在相关领域使这一技术具备实用性。我国对这一技术的研究始于上世纪末，也已有7～8年的时间。如果现在开始有计划地加强这一领域的研究，我国在这一领域与国际上的发展可以同步进行。到2020年时，在航天应用中将有可能广泛采用编队飞行技术，在提高我国航天竞争能力，提升国威方面将发挥重要作用。 二、航天编队飞行技术
雷达的目标识别技术 摘要： 对雷达自动目标识别技术和雷达目标识别过程进行了简要回顾，研究了相控阵雷达系统中多目标跟踪识别的重复检测问题提出了角度相关区算法，分析了实现中的若干问题，通过在相控阵雷达地址系统中进行的地址实验和结果分析表明:采用角度相关区算法对重复检测的回波数据进行处理时将使识别的目标信息更精确从而能更早地形成稳定的航迹达到对目标的准确识别。 一．引言 随着科学技术的发展，雷达目标识别技术越来越引起人们的广泛关注，在国防及未来战争中扮演着重要角色。地面雷达目标识别技术目前主要有-Se方式，分别是一维距离成象技术、极化成象技术和目标振动声音频谱识别技术。 1．一维距离成象技术 一维距离成象技术是将合成孔径雷达中的距离成象技术应用于地面雷达。信号带宽与时间分辨率成反比。例如一尖脉冲信号经过一窄带滤波器后宽度变宽、时间模糊变大。其基本原理如图1所示。 2．极化成象技术 电磁波是由电场和磁场组成的。若电场方向是固定的，例如为水
平方向或垂直方向，则叫做线性极化电磁波。线性极化电磁波的反射与目标的形状密切相关。当目标长尺寸的方向与电场的方向一致时，反射系数增大，反之减小。根据这一特征，向目标发射不同极化方向的线性极化电磁波，分别接收它们反射(散射)的回波。通过计算目标散射矩阵便可以识别目标的形状。该方法对复杂形状的目标识别很困难。 3．目标振动声音频谱识别技术 根据多普勒原理，目标的振动、旋转翼旋转将引起发射电磁波的频率移动。通过解调反射电磁波的频率调制，复现目标振动频谱。根据目标振动频谱进行目标识别。 传统上我国地面雷达主要通过两个方面进行目标识别：回波宽度和波色图。点状目标的回波宽度等于入射波宽度。一定尺寸的目标将展宽回波宽度，其回波宽度变化量正比于目标尺寸。通过目标回波宽度的变化可估计目标的大小。目标往往有不同的强反射点，如飞机的机尾、机头、机翼以及机群内各飞机等，往往会在回波上形成不同形状的子峰，如图2所示。 这类波型图叫作波色图。根据波色图内子峰的形状，可获得一些目标信息。熟练的操作员根据回波宽度变化和波色图内子峰形状，进行目标识别。
第40卷 第7期 激光与红外Vol.40,No.7 2010年7月 LASER & I N FRARE D July,2010 文章编号:100125078(2010)0720685205?综述与评论?空间目标识别中的激光探测技术 黄 涛1,2,胡惠灵3,胡以华1,2,赵楠翔1,2 (1.脉冲功率激光技术国家重点实验室电子工程学院,安徽合肥230037; 2.安徽省电子制约技术重点实验室,安徽合肥230037; 3.合肥工业大学计算机与信息学院,安徽合肥230009) 摘 要:空间目标探测与识别技术是空间资源开发、空间安全等方向应用的前提条件,同其他 方式相比,激光探测具有其突出的优势。当前传统的空间监视网是以微波雷达和光学望远镜 为基础,激光探测与之相比具有系统简单、效费比高、能探测空间目标多种特征参数的优点。 介绍了激光探测空间目标中的空间目标轨道确定、几何形状估计、对装配的光学设备检测和对 空间目标的振动识别等几种目标识别技术。最后分析了激光探测在空间目标识别中存在的问 题和发展的方向。 关键词:激光探测;空间目标;识别;逆合成孔径;猫眼效应;振动识别 中图分类号:T N149 文献标识码:A Laser detecti on i n the i denti fi cati on of space t arget HUANG Tao1,2,HU Hui2ling3,HU Yi2hua1,2,Z HAO Nan2xiang1,2 (1.State Key Laborat ory of Pulsed Power Laser Technol ogy Electr onic Engineering I nstitute,Hefei230037,China; 2.Key Laborat ory of Electr onic Restricti on,Anhui Pr ovince,Hefei230037,China; 3.Hefei University of Technol ogy,School of Computer&I nf or mati on,Anhui Pr ovince,Hefei230009,China) Abstract:Space targets detecti on and identificati on is a key technol ogy in s pace app licati ons such as s pace security, attack2warning,debris detecti on ect.Among vari ous detecti on t ools,laser technol ogy has its s pecial advantages under certain conditi on.Ce mpaved with the conventi onal s pace surveillance net w ork which is composed of radar and op tical telescope,laser system can get mone infor mati on about the t orget mean while boasts mone compact size,higher efficien2 cy.The paper intr oduces how t o use laser t o deter m ine the orbit of the s pace target,how t o esti m ate the target′s shape thr ough the return signal,and how t o measure the vibrati on s pectru m of the target.A ls o intr oduced is the devel opment and future of the s pace target detecti on and identificati on by laser. Key words:laser detecti on;s pace target;identifying;inverse synthetic aperture;Cat′s eye effect;vibrati on identifica2 ti on 1 引 言 空间目标主要指各种卫星、空间碎片、空间站、航天飞机,中远程弹道导弹,以及进入地球外层空间的各种宇宙飞行物,如彗星和小行星。空间目标探测系统的任务是对重要空间目标进行精确探测和跟踪,确定可能对航天系统构成威胁的目标的任务、尺寸、形状和轨道参数等重要目标特性;对目标特性数据进行归类和分发。空间目标探测不仅可以帮助确定潜在敌人的空间能力,还可以预测空间物体的轨道,对可能发生的碰撞和对己方空间系统的攻击告警等,具有重要的军事价值[1]。 当前的空间目标探测的主要手段是以各种超远程雷达和大口径光学望远镜组成的空间的监视网对空间目标进行探测和跟踪。这种探测方式虽然能够 基金项目:国家自然科学基金项目(No.60672154)资助。 作者简介:黄 涛(1983-),男,硕士研究生,主要从事激光遥感信息处理方面的研究工作。E2mail:tao_online@https://www.doczj.com/doc/8b15708731.html, 收稿日期:2010203217;修订日期:2010204207
2006年10月第34卷 第5期 现代防御技术 MODERN DEFENCE TECHNOLOGY O ct.2006 V o.l34 N o.5雷达空间目标识别技术综述* 马君国,付 强,肖怀铁,朱 江 (国防科技大学ATR实验室,湖南 长沙 410073) 摘 要:随着人类航天活动的增加,对于卫星和碎片等空间目标进行监视变得非常重要。为了实现空间监视任务,对空间目标进行识别是非常必要的。对空间目标的轨道特性与动力学特性进行了介绍,对雷达空间目标识别技术的研究现状和发展趋势进行了详细的综述。 关键词:空间目标识别;低分辨雷达;高分辨雷达成像 中图分类号:TN957 52 文献标识码:A 文章编号:1009 086X(2006) 05 0090 05 Survey of radar space target recognition technology MA Jun guo,F U Q iang,X I AO Huai tie,Z HU Jiang (ATR L ab.,N ationa lU n i versity o f De fense T echno l ogy,Hunan Changsha410073,Ch i na) Abst ract:W ith t h e deve l o pm ent of spacefli g ht acti v ity of hum an,surveillance of space tar get such as sate llite and debris beco m es very i m portan.t In or der to i m p le m ent surveillance task,space target recogni ti o n is ver y necessary.Orb it property and dyna m ics property of space targe t are i n troduced,a deta iled sur vey is set forth about current research state and developi n g trend of radar space target recogn iti o n techno l ogy. K ey w ords:space tar get recogniti o n;lo w reso lution radar;h i g h reso lution radar i m aging 1 引 言 自从前苏联发射了第1颗人造地球卫星以来,卫星在预警、通信、侦察、导航定位、监视和气象等方面具有不可替代的优势。随着人类航天活动的增加,空间碎片日益增多,对于卫星等航天器的安全造成极大的威胁,因此对于卫星和碎片等空间目标进行监视变得非常重要。其中空间目标识别是空间监视任务中不可或缺的基本条件,空间目标识别主要是利用雷达等传感器获取空间目标的回波信号,从中提取目标的位置、速度、结构等特征信息,进而实现对空间目标的类型或属性进行识别。 2 空间目标的轨道特性与动力学特性 (1)轨道特性[1,2] 空间目标在轨道上的运动是无动力惯性飞行,本质上空间目标与自然天体的运动是一致的,故研究空间目标的运动可以用天体力学的方法。空间目标在运动时受到地球引力、月球引力、太阳及其他星体引力、大气阻力和太阳光辐射压力等的作用,轨道存在摄动。但是对轨道的实际分析表明,空间目标受到的主要力是地球引力。假设空间目标只是受到地球引力的作用,同时假设地球是一个质量均匀分布的球体,则空间目标与地球构成二体运动系统,开 *收稿日期:2005-12-15;修回日期:2006-01-23 作者简介:马君国(1970-),男,吉林长春人,博士生,主要从事目标识别与信号处理研究。 通信地址:410073 湖南长沙国防科技大学ATR实验室 电话:(0731)4576401
采用视频图像的运动目标检测与识别 相关调研 目标检测是计算机视觉的一个重要组成部分,在军事及工业等领域有着重要的应用前景。运动目标的检测方法主要有光流法,差值法。光流法的计算量很大,实时性和应用性较差。而图像差值法比较简单,实时性较好,是目前应用最广泛,最成功的运动目标检测的方法。图像差值法可分为两类,一类是用序列图像的每一帧与一个固定的静止的参考帧做图像差分,但自然场景不是静止不变的,因而必须不断的更新背景。另一类是用序列图像的两帧进行差分,这种方法无法检测出两帧图像中重合的部分,只能检测出目标的一部分信息。在绝大多数视频监控图像应用中,每一个像素都可以用一个或多个高斯模型近似,因此,高斯背景模型是绝大多数目标检测方法常用的基本模型。 智能视频服务器是飞瑞斯在多年视频分析技术优势的基础上，推出的一系列具有智能视频分析功能的DVS 视频编码设备。智能视频服务器基于DSP、ARM等核心平台，完成前端标准的H.264高压缩率编码，同时完成智能分析功能。 智能视频服务器的最大的创新点在于，这一系列DVS不仅仅提供视频监控的功能，能通过飞瑞斯核心的智能视频分析技术，来感知视频场景内的环境、人和物，并挖掘其中的人(物)行为、状态、身份信息、数量、轨迹等更深层次的元数据信息。 智能视频服务器赋予了视频监控系统智慧的大脑，从此视频监控不仅仅是能看得到，而且还能自己思考，提供更为智能的应用。
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南京理工大学 现代自动检测技术的发展 现状及趋势 指导老师：黄晓华 姓名：卢敏学号：0801500425 2011/5/24 自动检测技术已成为实现生产自动化的重要保证和不可缺少的一个组成部分
现代自动检测技术的发展现状及趋势一、现代自动检测技术的发展现状 检测自动化是提高生产效率, 减轻劳动强度, 节省人力的重要措施是保证产品质量, 实现检验的最好方法也是质量控制自动化的重要基础。因此, 自动检测技术已成为实现生产自动化的重要保证和不可缺少的一个组成部分。 自动检测的对象是指生产自动化技术中，所经常遇到的各种物理量位移、长度、速度、转矩、温度、流量、压力、湿度、粘度、水份等以及对工作机械运转状态生产设备的异常状态产品的在线监视等进行检测。 自动检测是一门综合性应用技术。它应用物理学中各种基本效应和电子学的各种最新成就, 采用各种传感器件将被测非电量, 直接或间接地转换成电量来进行测量。并通过对电敏信号的处理，送给自动控制系统以实现自动控制。而这种控制的精度, 在很大程度上就决定于检测的精度。 随着近代物理学新成就的取得电子计算机技术和半导体集成技术的发展, 又给自动检测技术提供出更先进的检测手段。使人们认识各种现象和规律的深度在精确度、灵敏度以及测量范围等方面正愈加深广。近年来, 检测技术发展很快，主要表现在检测技术和检测仪器的发展, 使检测精度、范围、可靠性及使用寿命等都得到不断提高。 科学技术的进步, 使检测对象与领域在不断增加和扩大。除较多用于工业连续生产过程外。在空间技术, 能源开发及环境保护等新领
域都得到发展。其中以遥感、遥测技术在宇航、卫星及空间实验室等技术中的发展尤为迅速。近代物理学中新的物理效应的应用，使检测手段在不断增强。如用激光、红外、超声、微波、各种谱线及射线等原理, 研制出各种新的传感器件。电子技术, 特别是半导体材料及工艺的发展。出现了多种灵敏度高、响应速度快、小型轻量的半导体传感器件。与集成组件结合将传感器、放大器和运算器一体化,使检测装置小型化、固体化和数字化。譬如, 近年来得到迅速发展和应用的一种新颖的摄象器件一电荷祸合器件简称, 则是将光电转换、信息存贮及读取装置均集中在一个支承片上的半导体表面器件，成为一种名符其实的固态摄象器件。它在摄象领域里, 用作图象传感器自动检测中用作特殊的摄象机等方面有着显著的优点。自动检测技术在工业生产领域也有广泛的应用。在线检测零件尺寸、产品缺陷、装配定位等；离线检测零件参数、尺寸与形位公差、品质参数等。现代工程装备中，检测环节的成本约占50—70％。军事上大大提高了部队的战斗力，比如夜视瞄准机系统就是利用非冷却红外传感器技术。国防领域是先行官，比如利用卫星红外线监测系统探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道。在航天领域中的作用举足轻重，比如火箭测控检测火箭状况、姿态、轨迹；飞行器测控检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵等。自动检测技术在日常生活中的应用与日俱增，海啸预报、智能电子警察监测系统、自动收费系统等等。自动检测技术更是社会的物化法官：检查产品质量、监测环境污染、查服违禁药物、识别指纹假钞、侦破刑事案件等等。自动检测技术在机械
收稿日期:2005-06-01; 收修改稿日期:2005-09-07 天基空间目标探测技术探讨 谭莹 (武汉大学电子信息学院,武汉430079) 摘 要 天基空间目标探测系统可以在太空中近距离地对空间目标进行监视、跟踪和 识别,因而成为当前研究的热点。文章分析了国内外天基空间目标探测技术研究概况,对其发展趋势进行了探讨。 主题词 空间目标 天基监视跟踪系统 探测 1 引 言 目前国际上使用的空间目标的观测设备主要都是地面设备。地面观测设备由于不受体积和质量等限制,可以采用大口径天线来得到很高的空间分辨率,以及以很大的发射功率来获得很远的观测距离,所以仍然是目前空间目标观测的有力武器。但是地面设备也有其局限性,除了受仪器本身发展的限制外,观测过程中还受到大气传播抖动、蒙气差、电离闪烁等因素的影响,而且观测信号在大气中的衰减使其频率只能在较低的频率范围内选择,使得对小尺度的目标以及目标细节的观测受到限制。目前对于中小尺度的空间碎片在地面观测还是盲区,利用天基观测设备则可以有效地解决这些问题。而且对于高轨道上的空间目标的观测,利用天基探测设备更加有效,特别是对于对地观测有重要意义的地球同步轨道。随着微小卫星技术的发展,灵活多样的小卫星也为天基探测在大范围开展提供了支持,降低了天基观测的门槛[1]。 下面介绍国内外天基空间目标探测技术研究概况。 2 天基空间目标监视系统发展现状 为了克服地基系统的各种缺点,美国等航天大国部署了天基空间目标监视系统[2,3] 。该系统包 括一个专用天基传感器。它被称为天基可视传感器(S BV ,Space Based V isible )[4]。S BV 传感器在 1996年由弹道导弹防御组织(BMDO ,Ballistic m issile Defense Office )发射的中程空间实验(MSX,M id 2course Space Ex peri m ent )卫星运送至轨道。MSX 卫星的遥感器波长为016 μm ～26μm ,覆盖紫外到超长波红外谱段,另外还装有CCD 可见光遥感器。该卫星发射于1996年,用于跟踪导弹,完成原定使命后被用来加强“地基空间侦察系统”。 图1是安装在MSX 卫星上的天基可见光传感器,这是第一个天基空间探测传感器,由美国麻省理工学院林肯实验室设计和完成[5～10]。 美国正在研制的天基空间目标监视(S BSS,Space 2Based Space Surveillance )系统是美国为提高对空间目标监视、跟踪和识别能力,增强对空间战场态势的实时感知能力而研制的支持空间型天战武器装备。美国希望S BV 能够坚持到第一颗S BSS 卫星开始在太空中运转。5 2006年第3期 空间电子技术S PAC E ELEC TRON I C TECHNOLO GY
水下目标搜索与识别技术 水下目标搜索与识别系统一般分为光视觉系统和声视觉系统，当距离物体十米以内，一般采用光视觉系统，当距离物体大于十米以上时则用声视觉系统。当前流行的趋势是采用激光的方式来进行目标搜索与识别。 一．光视觉系统 传统的光视觉系统包括水下摄像机、照明等设备用来满足获取光学图像和视频信息等基本的要求。而现在的光视觉系统不仅要求满足上述要求，还要求具备对图像和视频信息进行处理、特征提取以及分类识别的功能。总之，只能水下机器人中光视觉系统的使命是：快速、准确德获取水下目标的相关信息，并对信息进行实时处理，将处理结果反馈给计算机，从而指导机器人进行正确的作业。 1.光视觉系统框架 水下光视觉系统主要分为三大块：(1)底层模块:图像采集系统，包括专用水下CCD感光摄像头和图像采集卡，这部分属于硬件部分；(2)中层模块：图像处理，包括图像预处理、图像分割、特征提取、根据目标模型进行学习，形成知识库和逻辑推理机制，得到单幅图像的初步理解和评价。(3)高层模块：分类是水下目标识别最为核心的技术，也是最终实现部分。 1.1硬件组成 光视觉系统硬件包括光视觉计算机、水下CCD摄像头、云台和辅助照明灯。光视觉计算机完成视觉建模、高层视觉信息处理和理解、与机器人主控计算机的网络通讯，实时监控系统每个时间节拍的运行状态与处理参数。 1.2软件体系 水下光视觉系统的软件体系涵盖了两个部分：中层模块和高层模块。中层模块主要负责图像处理工作(图像处理一般包括图像预处理、图像分割和特征提取三方面)。高层模块是水下目标识别系统的最终实现部分，一般采用的是神经网络识别算法进行识别分类。 二．声视觉系统 理想的声视觉系统作为智能水下机器人的传感设备，应该具备灵敏度高、空间分辨率高、隐蔽性好、抗干扰能力强、自主调节和全天候作业等特点，能适合
目标识别技术 摘要： 针对雷达自动目标识别技术进行了简要回顾。讨论了目前理论研究和应用比较成功的几类目标识别方法：基于目标运动的回波起伏和调制谱特性的目标识别方法、基于极点分布的目标识别方法、基于高分辨雷达成像的目标识别方法和基于极化特征的目标识别方法，同时讨论了应用于雷达目标识别中的几种模式识别技术：统计模式识别方法、模糊模式识别方法、基于模型和基于知识的模式识别方法以及神经网络模式识别方法。最后分析了问题的可能解决思路。 引言： 雷达目标识别技术回顾及发展现状 雷达目标识别的研究始于"20世纪50年代，早期雷达目标特征信号的研究工作主要是研究达目标的有效散射截面积。但是，对形状不同、性质各异的各类目标，笼统用一个有效散射面积来描述，就显得过于粗糙，也难以实现有效识别。几十年来，随着电磁散射理论的不断发展以及雷达技术的不断提高，在先进的现代信号处理技术条件下，许多可资识别的雷达目标特征信号相继被发现，从而建立起了相应的目标识别理论和技术。 随着科学技术的飞速发展，一场以信息技术为基础、以获取信息优势为核心、以高技术武器为先导的军事领域的变革正在世界范围内兴起，夺取信息优势已成为夺取战争主动权的关键。电子信息装备作为夺取信息优势的物质基础，是推进武器装备信息化进程的重要动力，其总体水平和规模将在很大程度上反映一个国家的军事实力和作战能力。 雷达作为重要的电子信息装备，自诞生起就在战争中发挥了极其重要的作用。但随着进攻武器装备的发展，只具有探测和跟踪功能的雷达也已经不能满足信息化战争的需要，迫切要求雷达不仅要具有探测和跟踪功能，而且还要具有目标识别功能，雷达目标分类与识别已成为现代雷达的重要发展方向，也是未来雷达的基本功能之一。目标识别技术是指：利用雷达和计算机对遥远目标进行辨认的技术。目标识别的基本原理是利用雷达回波中的幅度、相位、频谱和极化等目标特征信息，通过数学上的各种多维空间变换来估算目标的大小、形状、重量和表面层的物理特性参数，最后根据大量训练样本所确定的鉴别函数，在分类器中进行识别判决。目标识别还可利用再入大气层后的大团过滤技术。当目标群进入大气层时，在大气阻力的作用下，目标群中的真假目标由于轻重和阻力的不同而分开，轻目标、外形不规则的目标开始减速，落在真弹头的后面，从而可以区别目标。 所谓雷达目标识别，是指利用雷达获得的目标信息，通过综合处理，得到目标的详细信息（包括物理尺寸、散射特征等），最终进行分类和描述。随着科学技术的发展，武器性能的提高，对雷达目标识别提出了越来越高的要求。 目前，目标识别作为雷达新的功能之一，已在诸如海情监控系统、弹道导弹防御系统、防空系统及地球物理、射电天文、气象预报、埋地物探测等技术领域发挥出很大威力。为了提高
近空间目标探测技术的分析与展望 解放军信息工程大学信息工程学院通信工程系 吴 江 [摘 要]近空间飞行器以其独特的优势成为当前军事通信与侦察研究的热点之一,对近空间目标的探测问题成为新的研究方向。文中介绍了近空间飞行目标的主要类型和目标探测的特殊性,讨论了可以利用的主要探测手段,指出基于电磁波辐射的无源探测是较有发展前景的近空间探测类型,并对其关键问题和重点研究方向进行了总结和展望。[关键词]近空间飞行器 目标探测 定位 无源探测 1.引言 近空间(near space)是指介于普通航空飞机的飞行空间和航天器轨道空间之间的区域,这一空间区域的高度处于目前绝大多数防空导弹杀伤区之外[1]。近空间飞行器具有可长时间执行任务、可保持在目标地域上空等优点,它们提供与卫星相似的功能,但与卫星相比部署快、造价低、机动性强、在对地观测时有距离优势,并且在执行情报搜集和通信中继任务时可实现广域覆盖[2]。在美军“2006年联合远征部队试验”作战演习中,作战气球Com bat SkySat为改善地面通信能力发挥了重要作用,验证了近空间的实战应用价值[3]。近空间飞行器系统成为一项新兴的增进通信、情报、监视、侦察能力的技术手段,它必将会在未来局部战场大显身手,因而近空间及相应的飞行器系统成为最新的军事技术研究热点之一。 新的空间作战领域的开发给目标探测带来了新的课题,即如何对近空间飞行目标进行探测的问题。近空间处于无管制空域,对目前的防空监视系统来说近乎盲区[4],未来越来越多的飞行器在该空域的活动将对其它主权国家的信息安全和国土防卫带来严重威胁。探索对近空间飞行目标的定位、跟踪和识别的技术方法势在必行。 2.近空间目标特征 2.1近空间飞行器的主要类型 目前已知的可用于近空间的飞行器系统的类型有高空气球、无人机、飞艇和一些新型飞行器。 自由漂浮式高空气球应用于气象和科学实验的实践由来已久,但对其军事价值的开发才刚刚开始,Com bat SkySat就是一种携带信号转发装置的高空气球,它完成了近空间应用的概念演示[3]。气球的主要缺点是它对天气过于敏感,用途受到了限制。然而高空气球毕竟是最为廉价的近空间飞行器,如果能解决快速部署、定向漂移、姿态控制等问题,它将是性价比极高的近空间飞行器类型。 典型的高空无人机是美国诺斯罗普?格鲁门公司的RQ-4“全球鹰”(Global H aw k),该机的使用高度为19.8～20千米,处于近空间最底层。它的翼展35.4米超过波音747飞机,长13.5米,最大飞行速度644千米 小时,最大起飞重量11622千克。美军方认为,与气球或飞艇相比,高空长航时无人机是美空军在近期内,利用“近空间”这一尚未全面、系统地开发和利用的空域,执行持久高空监视,情报搜集和通信中继等任务的最好选择[4]。到2010年之前,它在执行高空持久任务方面将成为低轨道侦察卫星可行的替代手段。 高空飞艇是悬浮式飞行,所需动力较小,利于长航时工作。姿态可控性使飞艇容易保持在某一固定地域上空。但目前还需要等待有关技术取得进步后才具备可行性。高空飞艇是一种很有前景的近空间飞行器选择。 2.2近空间目标的探测条件 (1)特殊的工作高度 近空间高度范围为19.8～100千米,包括大部分平流层,全部中间层和部分电离层。这一高度给针对航空目标进行探测的现有系统带来了新的困难。在近空间内除飞行器自身的电磁辐射外,还存在GPS等导航卫星信号、通信卫星信号、短波信号、对空雷达信号等电磁能量。对近空间电磁环境影响最大的是高度为50～1000千米以上的电离层。电离层含盖了近空间较高的大部分空域,它以多种方式影响电波传播,从而影响探测信号。对于陆基和空基探测平台,来自目标的电磁波还会受到对流层折射与散射的影响[5],给目标定位带来一定误差。 (2)大部分飞行器为低速运动目标 除无人机外,与传统的航空器相比近空间飞行器在工作时移动速度比较慢,甚至保持对地静止。这是因为气球、飞艇等利用空气浮力的飞行器难以达到较高飞行速度,而且在局部应用中往往需要保持对某一地域的持续照射。这使得定位跟踪问题可以得到一定程度的简化,但也限制了基于多普勒频率检测的目标探测方法的应用。 (3)空间径度较大 为在空气极其稀薄的高度获得满足实用的有效负荷,近空间飞行器的体积远超过了普通的航空器,这使目标对外部电磁辐射产生反射的机会增大,即其雷达散射截面(RCS)较大,这对目标探测来说是一个有利因素。 3.对近空间目标的探测手段 由于高度和天候因素影响,基于地面和空中光学系统的探测比较困难。近空间目标多采用太阳能供电,与飞机或导弹目标相比,也难以用红外探测系统达到较好效果。利用电磁波探测目标的技术具有作用距离远、受天候影响小、技术相对成熟、系统造价较低等优点。考虑到近空间飞行器的特征,电磁探测将是近空间目标探测的主流技术方向。 在现代雷达中,有源雷达占据了主导地位,近年来推广和应用了各种新技术。然而传统雷达的有源探测体制有其固有的弱点,首先,为了实现对近空间目标的观测,必须大幅度增加信号发射功率,势必需要巨大的能耗;其次,由于主动发射大功率探测信号,对于有侦察能力的近空间飞行器来说无异于自我暴露。现代电子对抗技术的发展要求军用探测系统应尽量采用无源(被动式)技术,以避免为敌方提供稳健的定位信息源,同时达到自身隐藏的目的。这种探测系统由于本身不向空间发射电磁波,故隐蔽性、抗干扰性好,可靠性、性价比高,有不少已形成装备,在防务体系中起到了重要的作用[6]。 近空间飞行器担负的重要任务是通信中继、实时侦察等,在工作过程中一般会向外界发射通信信号或探测信号。由于在近空间高度发射信号的广域覆盖性,探测平台可利用目标辐射的信号对其定位和跟踪。无源探测一般不能获得辐射源的距离信息,定位的实现方法通常可采用单个运动的平台对辐射源的参数进行连续测量,或用多站平台同时测量辐射源的角度或信号到达时间差来完成。当飞行器处于静默期、探测平台处于其通信覆盖区域之外或飞行器本身是无能量辐射的侦察类应用时,可利用近空间存在的其它电磁波作为照射源对其进行定位、跟踪和识别。这类技术所用的外辐射源主要有调频广播和电视信号、空间卫星下行信号和其它主动式雷达照射信号。目前利用外辐射源进行目标探测的研究方兴未艾,其主流技术有多种,如借鉴双基地雷达技术的探测法、无源相干定位法、基于阵列天线的定位法等[7]。考虑到反侦察的需求,近空间飞行器的通信方式将较多采用突发、短时信号,信号的发射也将具有指向性,甚至可能 — 6 1 —
目标探测与识别技术调研报告 摘要：目标检测与识别在军事上对于战场监视和侦察具有重要作用，是现代高科技战争中赢得战争胜利的关键因素之一。目标检测与识别就是对目标及环境的探测、识别、跟踪、定位，提供目标的信息，探测技术包括微光夜视技术、热成像技术、激光技术、兵器雷达技术等目前各国对目标检测与识别的研究都十分重视，探测与识别技术在现代国防，工业，医学和空间等领域有着广泛的应用前景。 关键词：探测、识别、跟踪、定位、微光夜视技术、热成像技术、激光技术、兵器雷达技术。 引言：目标检测与识别在军事上对于战场监视和侦察具有重要作用，是现代高科技战争中赢得战争胜利的关键因素之一。目标检测与识别就是对目标及环境的探测、识别、跟踪、定位，提供目标的信息，探测技术包括微光夜视技术、热成像技术、激光技术、兵器雷达技术等。 微光夜视技术 在可见光和近红外波段范围内，将微弱的光照图像转变为人眼可见的图像，扩展人眼在低照度下的视觉能力。微光夜视仪器可分为直接观察和间接观察两种类型。直接观察的微光夜视仪，由物镜、像增强器、目镜和电源、机械部件等组成，人眼通过目镜观察像增强器荧光屏上的景物图像，已广泛用于夜间
侦察、瞄准、驾驶等。间接观察的微光电视，由物镜、微光摄像器件组成微光电视摄像机，通过无线或有线传输，在接收显示装置上获得景物的图像，可用于夜间侦察和火控系统等。1934年，荷兰的霍尔斯特等人制成第一只近贴式红外变像管，树立起人类冲破夜暗的第一块里程碑。随着夜视技术的不断进展，品种不断增多，目前主要有：主动式红外夜视仪、微光夜视仪和热成像仪三种。其中微光夜视仪与主动红外夜视仪相比，有着体积小、重量轻，而且由于工作方式是被动的，使用起来安全可靠，不易暴露的优点；和热成像仪相比虽然在性能上稍逊一筹，但其极高的性价比使其逐渐成为各国军队的主战夜视装备。 主动式红外夜视仪是夜视器材的鼻祖，它的出现使人类第一次看到黑暗中的目标。像增强器研制成功，使得夜视器材的发展产生了一个新飞跃。而利用微弱的光线进行观测，是因为两个技术上的重大突破。首先，研制成功了灵敏度极高的光电阴极（S-20多碱光电阴极），使得夜视仪的光电增益大大提高。另一个突破是采用了光学纤维面板，大大提高了成像质量，将光线逐级放大，便实现了无须红外照明的微光观测。到1998年，就在美国陆军与利顿和ITT公司签订合同之际，第三代管的性能似乎已经达到了极限，然而利顿在投标中却又抛出了撒手锏——无膜微通道板像增强器。自动门控允许像增强器在照明区域和白天仍产生对比度良好的高分辨率影像，而不是产生模糊的影像。这个特点对陆军直升机驾驶员来说特别重要，因为驾驶员在城镇、村庄上空飞
空间已成为当今维护国家安全和国家利益必须关注和占据的战略“制高点”，获取空间优势和控制空间将是未来战争中决定胜负的关键因素。随着空间军事化的加剧，由防御性和进攻性对抗构成的空间对抗作战，将进一步依赖于强大的空间态势感知和空间目标监视系统。 什么是空间态势感知 美国战略司令部将空间态势感知定义为：为确保指挥官、决策者、规划及作战人员获取和维持空间优势，必须具备的对空间事件、空间威胁、空间活动、空间环境以及空间系统(状态、能力、约束和部署)等信息的掌控和预测能力。美国2010年发布的《空间态势评估中期报告》归纳了空间态势感知的4个主要功能：①探测、跟踪与识别空间目标。②威胁预警与评估。预测和区分潜在攻击和实际攻击，分析空间气象环境影响以及空间系统的异常。③情报描述。确定对手当前以及未来的空间系统、空间对抗系统的性能和特征，以及对手的意图。 ④数据融合。关联和综合多源数据形成一个通用的作战态势图，支持动态决策过程。 空间态势感知包括4个子任务领域：空间监视与侦察、空间环境监测(em)、空间情报以及指挥与控制。空间监视与侦察是指确定卫星与碎片的位置数据、目标机动，对特定空间目标进行详察；空间环境监测是指确定空间环境及其影响，包括太阳风暴、流星雨、高层大气、磁气层、电离层和人工环境效应等；空间情报是利用多种传统情报资源手段，了解对手卫星的特性、能力、意图、用户与网络以及相关的天基、地基威胁信息；指挥与控制最具挑战性，需要收集、融合空间目标与环境信息，构建一体化空间态势图，及时进行分发。 空间目标监视是指对空间目标进行探测、跟踪、识别以及编目。空间目标包括运行的、废弃的卫星、使用过的火箭箭体以及空间碎片等。空间目标监视既是空间目标管理的基础，同时又是空间环境感知、敌我识别、军事化行动和其他敏感区域卫星过境预报的必要因素。利用空间目标监视系统，可以实现空间目标编目、空间垃圾监测、空间目标识别和预报以及战略导弹预警等功能。 国外现状 空间目标监视系统一般由传感器(探测设备)、通信及数据传输网络、指挥控制系统以及数据处理等部分组成。当前，美国拥有最先进的空间目标监视系统，是空间监视数据的主要提供者。俄罗斯也具备较强的能力。此外，欧洲及其他一些国家和地区也具备一定的空间监视能力。 美国空间日标监视系统 美国最主要的空间目标监视系统是“空间监视网”(ssn)以及“天基空间监视系统”(sbss)等。 “空间监视网” 美国“空间监视网”是世界上最先进的空间目标跟踪与编目系统，由分布在世界各地的29部雷达及光学探测器组成。ssn支持“联合空间作战中心”(jspoc)任务，用于探测、跟踪、识别和编目围绕地球的空间目标，能够可靠地跟踪10厘米以上的低地球轨道目标和1米以上的同步地球轨道目标。 “空间监视网”探测器的任务是向位于范登堡空军基地的jspoc以及位于达尔格伦的“备用的空间控制中心”(ascc)提供空间监视和空间目标识别数据。由于ssn探测器数量有限以及分布位置的原因，无法对空间目标进行连续跟踪，因此并不是随时对所有的轨道面进行搜索，而是通过对探测器进行规划和任务分配，对目标进行周期性的“点查”。同时，为更有效地利用ssn有限的跟踪资源，jspoc采用了一种称为“探测器跟踪优先级排序”的方法，北美航空航天防御司令部和战略司令部针对不同的卫星和轨道，定义了优先级的种类和具体的数据采集说明。一般来说，执行高感兴趣任务卫星和不稳定轨道的目标具有更高的优先级和数据采集需求。
目标检测、跟踪与识别技术与现代战争 【摘要】本文讨论目标检测、跟踪与识别技术在现代战争各个领域中的应用，总结目标识别技术的发展方向，提出目标识别技术工程化实现方法，同时本文介绍了国外目标识别的现状及发展趋势，提出了现代战争应采用综合识别系统解决目标识别问题的建议。 关键词目标检测；目标跟踪；目标识别；雷达；人工神经网络；精确制导 1．引言 随着现代科学技术的飞速发展及其在军事领域内日益广泛的应用，传统的作战思想、作战方式已发生根本性的变化。从第一次海湾战争到科索沃战争，特别是刚刚结束的海湾战争，空中精确打击和空地一体化作战已经成为最重要的作战形式。集指挥、控制、通信、计算机、情报、监视侦察于一体的C ISR 已成为取得战场主动权，赢得最后胜利的关键因素。目标识别技术是雷达智能化、信息化的重要技术支撑手段。在现代化战争中，目标识别技术在预警探测、精确制导、战场指挥和侦察、敌我识别等军事领域都有广泛的应用前景，已受到了世界各国的关注。 现代战争中取得战场制信息权的关键之一是目标属性识别。现代战争的作战环境十分复杂，作战双方都在采用相应的伪装、隐蔽、欺骗和干扰等手段和技术，进行识别和反识别斗争。因此仅仅依靠一种或少数几种识别手段很难准确地进行目标识别，必须利用多个和多类传感器所收集到的多种目标属性信息，综合出准确的目标属性，进行目标检测，跟踪后进行识别。 2．目标检测、跟踪与识别技术在现代战争中的应用 2．1 目标检测、跟踪与识别技术在预警探测上的应用 目标检测、跟踪与识别技术对于弹道导弹的预警工作有重要的作用。弹道导弹一般携带多个弹头，其中可能包含核弹头或大规模杀伤的弹头以及常规弹头，预警雷达必须具备对目标进行分类和识别真假弹头的能力，将核弹头或大规模杀伤的弹头分离出来，为弹道导弹防御(BMD)系统进行目标攻击和火力分配提供依据。早期的BMD系统假设只有一个核弹头，多弹头分导技术的出现，使问题转化为雷达的多目标识别问题，加上电子对抗技术的广泛使用，给目标识别技术带来很大困难。另外，预警雷达还要对空中目标或低空目标进行探测，对来袭目标群进行分类识别。利用星载雷达以及远程光学望远镜等观测设备，可以对外空目标进行探测，对外空来袭目标进行分类和识别，达到早期预警的工作。
调研报告1： 目标探测与识别技术的研究手段调研
目标探测与识别技术的发展状况 目标探测与识别是一门多学科综合的应用技术，它涉及的学科领域有传感器技术、测试技术、激光技术、毫米波技术、红外技术、近代物理学、固态电子学、人工智能技术、海陆空武器技术、引信技术等。它的主要目的是采取非接触的方法探测固定的或移动的目标，通过识别技术，完成对控制对象的控制任务[]1。 目前目标探测的手段有红外热成像、微光夜视、电视摄像、激光测距、毫米波、微波和激光雷达、声探测、紫外探测等主被动监视装置，覆盖了从紫外到无线电波的宽广的电磁波谱。这些装置的综合应用，已能昼夜、全天候范围监视战场和捕获、跟踪目标，并准确定位，成为未来战场夺取信息优势的物质基础。 目标识别的手段主要有光字符识别技术、条码技术、射频识别技术、磁识别技术、语音识别技术、图形识别技术和生物识别技术等[]1。 在军事航空领域，对目标的探测定位能力的更高要求已成为航空电子系统不断扩展的需求牵引之一，而现代隐身技术、对地攻击武器技术的不断发展逐步使光电探测设备的地位不断上升。 在军事应用中，目标信息获取技术可能的感知空间覆盖了武器系统可能配置的全部空间，从地球外层到大气层、地面、地下、海面、海下及水下，其波长覆盖整个电磁波谱。 在高新技术弹药上，目标探测也成为一种主要的功能[]2。在“三打”（打武装直升机、打巡航导弹、打隐形机）“三防”（防侦察、防电子干扰和防精确打击）[]1中，目标探测与识别技术发挥着主要的
作用。 例：高光谱遥感目标探测识别技术的发展是20世纪末期以来对地观测技术取得重大突破的又一个主要领域，也是当前遥感技术发展的前沿和热门研究领域。从1983年第一台高光谱航空成像光谱仪问世以来，各发达国家如美国、加拿大、法国、德国等竞相研究这一技术，经过将近三十多年的发展，迄今为止，国际上已有40余种航空成像光谱仪处于运行状态，高光谱遥感技术已经在很多领域得到成功的应用，显示出很大的潜力和广阔的发展前景。 目标探测与识别技术的关键技术 目标探测与识别的核心问题是围绕着高时效和准确性这两个要求，通过目标信息的“获取”、“处理”、“显示”、“传输”等途径实现目标“探测”、“识别”和“确认”。发展目标探测与识别技术，高时效和准确性是军事应用的最大特点，也是主要的关键技术[]3。 实际上，目标的获得是一个复杂的问题。已经发展了很多模型，但它们常限于极少的军事场景。大多数模型仅部分有效，其原因是在于实际战场的复杂性与多变性。电光成像系统与技术的发展异常迅速，因此对模型进行修正和发展是十分必要的，以便为正确地反映现代光电系统的性能做出判定。 准确性（自动数据采集，彻底消除人为错误）、高效性（信息交换实时进行）、兼容性（自动识别技术以计算机技术为基础，可与信息管理系统无缝联结）则是识别技术的关键所在[]3。 目标识别属于模式识别的范畴,模式识别的前提是获取目标的特