天基无源方式空间目标定位跟踪算法的实现

空间目标天基光学定位方法综述
李瑶;陈忻;饶鹏
【期刊名称】《中国空间科学技术（中英文）》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】近年来空间目标定位领域不断结合网络协同、多模融合等探测技术,发展迅速。

其中,基于天基光学探测的定位方法以隐蔽性好、测量精度高的独特优势在民用和国防领域应用广泛。

为了分析不同情景下适用于不同类型目标的定位方法,针对基于天基光学探测的空间小目标定位进行综述。

首先介绍天基光学探测技术的发展、空间目标的分类和特点以及空间目标定位的概念。

然后着重分析适用于空间“小、弱”目标的单星和多星定位方法,并对近年提出的异质传感器联合定位展开说明。

最后,依据成像过程建立空间目标定位误差分析模型,分析定位精度的影响因素占比并根据现存问题做出总结和展望。

【总页数】15页(P1-15)
【作者】李瑶;陈忻;饶鹏
【作者单位】中国科学院智能红外感知重点实验室;中国科学院上海技术物理研究所;中国科学院大学
【正文语种】中文
【中图分类】V412.4
【相关文献】
1.天基光学观测GEO空间目标定轨方法研究
2.天基光学监视的GEO空间目标短弧段定轨方法
3.基于立体观测的空间目标天基光学监视定位
4.摄动条件下空间目标天基光学跟踪方法研究
5.天基系统空间目标光学成像仿真方法研究
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双站无源定位和跟踪算法研究江利中;邹波;谭姗姗【摘要】为提高无源定位和跟踪的性能,弥补传统技术信息量少、定位速度慢和跟踪精度低的缺陷,研究了针对空中目标的基于联合信号到达角(DOA)与到达时间差(TDOA)的双站无源定位算法,以及基于联合到达时间差与到达频率差(FDOA)的双站无源跟踪算法.无源定位算法利用空间几何关系解析目标位置,无源跟踪算法利用无色卡尔曼滤波(UKF)持续跟踪目标并获得更高精度的目标位置信息,给出了两种算法模型.仿真结果表明:联合DOA,TDOA的无源定位算法在基线较短的条件下,对距离100 km内的目标定位精度优于10％,联合TDOA,FDOA的无源跟踪算法的收敛速度较快且跟踪精度能达百米级.【期刊名称】《上海航天》【年(卷),期】2016(033)004【总页数】5页(P45-49)【关键词】双站;无源定位;无源跟踪;到达角;到达时间差;到达频率差;空间几何关系;无色卡尔曼滤波【作者】江利中;邹波;谭姗姗【作者单位】上海无线电设备研究所,上海200090;上海无线电设备研究所,上海200090;上海无线电设备研究所,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TN95无源定位是观测站在自身不发射任何电磁波信号条件下，完全被动地接收辐射源目标的电磁波，根据这些电磁波的各项参数确定目标的位置和运动状态信息。

与有源定位相比，无源定位的优势主要有：隐蔽性好；可获得远大于主动雷达的探测距离，能提早发现目标；系统成本较低。

对对海作战的武器来说，无源定位制导技术能使武器尽早探测并发现海面远程空中目标、隐身目标等，提高武器系统在电子战环境中的生存与作战能力。

根据观测站数量无源定位可分为单站无源定位和多站无源定位[1-2]。

近年来快速发展的单站无源定位方法主要包括传统定位法和新型高精度定位法两类[3-7]。

单站无源定位避免了时间同步和复杂的数据处理，具隐蔽性强、设备量小和系统相对独立等优点[2]。

天基光学传感器对空间小目标定位算法研究的开题报告摘要：天基光学传感器是一种使用高分辨率空间相机来获取空间目标图像的技术。

因其高分辨率、高精度和长时间观测等特点，已经被广泛应用于空间目标识别和跟踪等方面。

本文将围绕天基光学传感器对空间小目标定位算法进行研究，包括分析其技术原理、对现有算法进行总结和评价，以及探讨并提出更加有效的算法。

关键词：天基光学传感器；空间小目标；定位算法一、研究背景随着空间技术的发展，人们对空间目标的探测和研究越来越深入。

然而，由于目标较小、形态复杂等原因，传统的无人卫星监测难以准确识别和定位空间小目标。

为此，天基光学传感器应运而生。

天基光学传感器是一种基于空间相机的技术，主要通过获取目标的图像来实现对空间目标的识别和跟踪等功能。

由于其高分辨率和长时间观测的特点，该技术在空间领域得到了广泛应用。

然而，天基光学传感器对空间小目标的定位算法依然存在一些问题，例如：传感器的分辨率不足以捕捉小目标的细节、噪声干扰等。

上述问题对定位算法的精度和稳定性都有一定的影响，因此有必要对其进行深入的研究和改进。

二、研究目的本文旨在研究天基光学传感器对空间小目标定位算法，以期提出更加准确、稳定的算法方案。

具体包括以下几方面内容：1．分析天基光学传感器的技术原理和特点；2．总结和评价现有的定位算法；3．探讨和提出更加有效的算法，以提高定位的精度和稳定性。

三、研究方法1．文献调研法通过查阅相关文献，深入了解天基光学传感器的技术原理、定位算法等方面的内容，为后续研究提供理论支持。

2．实验方法采用天基光学传感器获取空间小目标的图像，并对实验数据进行处理和分析，验证研究结果的可行性和准确性。

四、预期结果通过本文的研究，预期可以得到以下结果：1．对天基光学传感器的技术原理和特点进行深入分析；2．对现有的定位算法进行总结和评价；3．提出更加有效的定位算法，以提高空间小目标的定位精度和稳定性；4．验证研究结果的可行性和准确性。

天基相控阵雷达空间多目标定轨方法研究的开题报告一、选题背景和意义随着人类对空间的不断探索和利用，对空间环境的监测和管理需要更加高效和精准的手段和工具。

天基相控阵雷达作为一种新型的空间监测手段，具有探测距离远、抗干扰能力强、多目标探测能力强等优点，可以广泛应用于卫星、航天器等空间目标的监测和跟踪。

但是，由于外界环境干扰、多目标探测等因素的影响，天基相控阵雷达的空间多目标定轨仍存在一定难度和挑战。

因此，本文旨在应用相关技术方法和理论，研究天基相控阵雷达的空间多目标定轨方法，为提高空间目标的监测和管理水平提供有效的解决手段和工具。

二、研究内容和方法本文的研究内容主要包括以下方面：1. 天基相控阵雷达的基本原理和技术特点，多目标探测算法的研究及其在空间目标监测和跟踪中的应用。

2. 利用基于矩阵计算的目标状态评估算法，对多目标空间目标实现定轨和跟踪，从而提高天基相控阵雷达的检测精度和准确度。

3. 结合相关理论和技术手段，设计实验方案，对天基相控阵雷达的空间多目标定轨方法进行验证和分析，评估其在实际应用中的效果和可行性。

本文的研究方法主要包括文献研究、数据采集和处理、数学建模和仿真实验等。

三、预期成果和意义本文的预期成果主要包括：1. 提出基于矩阵计算的目标状态评估算法，进而实现天基相控阵雷达的空间多目标定轨和跟踪，提高其检测精度和准确度。

2. 验证和分析天基相控阵雷达的空间多目标定轨方法在实际应用中的效果和可行性，为提高空间目标的监测和管理水平提供有效的解决手段和工具。

3. 推动国内相关领域的研究工作，促进天基相控阵雷达的技术创新和应用发展，为我国的空间事业做出贡献。

四、进度安排第一年：1. 研究文献，了解天基相控阵雷达的基本原理和技术特点，多目标探测算法的研究及其在空间目标监测和跟踪中的应用；2. 设计天基相控阵雷达的实验方案，开展数据采集和处理，进行数学建模和仿真实验；3. 提出基于矩阵计算的目标状态评估算法，为天基相控阵雷达的空间多目标定轨和跟踪奠定基础。

天基监视空间目标轨迹提取算法奚晓梁;周晓东;张健【摘要】Detection of weak-small moving objects in time sequence of star images is a problem encountered in space-based surveillance to geosynchronous earth obit. Star image preprocessing is a key techniquefor getting a good performance of sensitivity and probability of false detection. In this paper, a n algorithm is introduced to target detection, which is composed of three steps： least square matching, small domain filter and threshold segmentation. The algorithm gets a trade-off between sensitivity and background clutter suppression, meanwhile keeps the edges of targets. By algorithm was performance analysis, compared with MTI and normal threshold segmentation algorithm, the number of false detection was reduced by eighty percent, the SNR of small-weak targets have an increase of 3 dB. An estimation of centroid precision shows thatthe result of adapting the algorithm has a 1 second of arc optimization less than that of MTI algorithm. The algorithm is easily implemented in engineer because of the regularity and real-time of the operation.%序列星图中弱小目标的检测与定位是可见光天基监视中的关键技术之一，星图预处理的结果直接影响检测灵敏度及虚警率。

空间目标检测与跟踪系统的设计与实现在当今科技日新月异的社会中，空间目标检测与跟踪系统已经成为了极其重要的领域之一。

因此，如何设计和实现一个高效稳定的空间目标检测与跟踪系统已成为了研究者们共同关注的议题。

本篇文章将介绍空间目标检测与跟踪系统的设计思路以及实现过程，探讨其中的难点与解决方案。

一、引言空间目标检测与跟踪系统是指对于一系列在轨目标进行实时探测、识别、跟踪及预测，实现对空间目标的全方位掌控，保证天基活动的安全和顺利进行。

随着航天技术的不断发展，各类卫星、航天器数量的不断增加，为保障和提高我国国防及国民经济建设的需要，加强空间目标侦察、探测一直是各国发展并完善空间目标检测与跟踪系统的必然选择。

二、空间目标检测与跟踪系统的设计思路空间目标检测与跟踪系统应始终紧贴“实用、快捷、准确、可靠”的设计理念，对系统硬件、软件、算法等方面进行综合考虑，以确保系统性能的高效稳定。

设计思路主要涉及以下两个方面：1. 系统硬件的选择在选择硬件时，应基于对数据稳定性、处理速率等方面的全面考虑，采用高性能、高可靠性的设备与组件。

如，快速信号采集和处理板卡、高精度位置测量传感器、高速成像相机等，以保证系统具有较高的处理速率和准确性。

此外，也需要对实际环境进行精确的观测和分析，对工作条件进行复杂性评估，合理确定系统成员、容错措施，并采用严格的产品检测标准，确保设备内容、配置、工作模式等方面的稳定性和可靠性。

2. 系统算法的优化在算法方面，应采用特有的信号和图像处理算法，利用计算机视觉、模式识别等技术手段进行分类、寻址和识别，以确定目标的状态及位置信息，进而为后续的跟踪、预报、预警等控制计划提供支持。

为了充分利用整个系统的处理能力，应尽可能使算法与硬件共同优化，减小信号处理的延迟、减少冗余计算和数据传输。

同时，应考虑到外部噪声因素的干扰和系统可靠性的需求，实现对算法的高速化处理和不断优化，确保系统性能达到最佳状态。

三、空间目标检测与跟踪系统的具体实现空间目标检测与跟踪系统的实现过程可分为三个部分：目标检测、目标追踪和预测。

摘要：本文提出了一种新颖的对空中目标的双星无源测向定位方法，该方法基于双星测向原理，利用对两个天线接收到的信号进行相位差计算，从而实现对空中目标的方向角度和俯仰角度的定位。

本文首先分析了双星测向的原理和方法，接着介绍了该方法的具体步骤和实现过程。

最后，通过仿真实验和实测数据分析，验证了该方法的可行性和准确性。

关键词：无源测向、双星测向、方向角度、俯仰角度、定位引言：在现代军事和民用领域中，对于空中目标的无源测向定位已经成为了一项重要的技术。

传统的测向方法主要是利用单个天线接收到信号的强度来测定目标角度，因此对于目标的定位比较困难，并且存在很大的误差。

为了解决这个问题，一种新的测向方法——双星无源测向被提出。

双星无源测向原理如下：在同一时刻内，两个天线同时接收到空中目标发出的信号，通过对两个天线接收到的信号的相位差进行计算，从而可以推导出该目标的方向角度和俯仰角度。

这是因为相位角度差与目标与天线之间的距离差成正比，而距离差则与方向角度和俯仰角度有着密切的关系。

在本文中，将会详细探讨双星无源测向的实现过程和优劣点。

在此基础上，我们将会进一步进行仿真实验和实测数据分析，以验证该方法的可行性和准确性。

方法：1.原理：双星无源测向方法分为两步，第一步是计算两个天线接收到信号的相位差，第二步是将计算得出的相位差换算为方向角度和俯仰角度。

假设空中目标与两个天线的距离分别为L1 和L2，两个天线之间的距离为d，则有：ΔL = L2 - L1ΔΦ = 4πΔL/λ = 2πΔL/λ + 2πm其中，ΔΦ表示相位差，λ表示波长，m 表示整数倍数。

因此，对于已知空间两个天线的距离以及信号频率，就可以计算出目标距离差。

通过将目标距离差转化为方向角度和俯仰角度，即可完成双星无源测向的定位过程。

2.具体实现：双星无源测向的实现需要使用两个天线，它们之间的距离需要耦合器连接。

通过两个天线同时接收到信号，得到两路信号，然后进行差分运算，将差分信号输入计算处理器进行处理，得到空中目标的方向角度和俯仰角度。

基于基站无源优化方法的目标定位研究基于基站无源优化方法的目标定位研究一、引言随着无线通信和定位技术的迅猛发展，目标定位在军事、安防、应急救援等领域有着广泛的应用需求。

基于基站无源优化方法的目标定位研究，通过分析基站之间的信号参数，实现对目标位置的准确定位。

本文将探讨基站无源定位优化方法的原理和应用，并提出优化的相关思路，为目标定位技术的进一步发展提供参考。

二、基站无源定位方法的原理基站无源定位方法主要是利用一组基站之间的信号传播特性，通过算法模型计算目标位置。

这种方法不需要目标设备自身发送信号，称作"无源"定位。

基站无源定位方法可以分为测距定位和角度定位两类。

1. 测距定位测距定位方法是通过对目标设备接收到的基站信号强度进行测量，从而计算距离，进而确定目标位置。

常见的测距定位方法有时间差测距定位和信号强度测距定位。

时间差测距定位方法通过计算信号在基站之间传播的时间差，确定基站与目标设备之间的距离差，并进一步计算目标位置。

但该方法需要对时间进行精确同步，因此技术要求较高。

信号强度测距定位方法是通过测量目标设备接收到的基站信号强度，根据信号衰减模型计算目标与基站的距离。

然后利用多基站测距的原理，得出目标位置。

2. 角度定位角度定位方法是通过测量目标设备与多个基站之间的信号到达角度，利用三角定位原理计算目标位置。

常见的角度定位方法有方位角定位和倾斜角定位。

方位角定位方法是通过测量目标设备与多个基站之间的信号到达方位角，从而确定目标位置。

该方法通过测量信号的到达角度差异，计算目标相对于各个基站的角度，并推导出目标位置。

倾斜角定位方法是通过测量目标与基站之间信号到达的倾斜角度差异，从而推导出目标位置。

倾斜角定位方法一般结合方位角定位方法进行计算。

三、基站无源定位优化思路在基站无源定位方法的实际应用中，为了提高定位的精度和准确性，我们可以考虑以下优化思路：1. 基站布局优化基站的布局直接影响到目标定位的精度和区域覆盖范围。

航天返回与遥感第44卷第4期48SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING2023年8月天基空间目标监视中转台伺服控制系统的设计谢妮慧于飞李晓张晗鄢南兴李寅龙（北京空间机电研究所，北京100094）摘要为了实现高精度目标跟踪，研制了一套以数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）为双核心处理器的二维跟踪转台伺服控制系统。

控制算法采用位置环和速度环的双闭环比例积分（Proportional-Integral，PI）控制，通过串联校正改善了开环系统的相角裕度和幅值裕度，提高了闭环系统的带宽，最终实现了二维转台高精度、低速平稳的控制。

机构和控制器联合调试结果表明：对方位轴和俯仰轴分别做最大速度和最大加速度的正弦引导时，方位轴最大跟踪误差为0.006°，误差均方根值为3.25″；俯仰轴最大跟踪误差为0.005°，误差均方根值为3.24″。

测试结果证明该控制系统能够实现二维转台的低速平稳运行，满足大型转台伺服控制系统的性能要求。

关键词天基空间目标监视二维跟踪转台伺服控制矢量控制运动轨迹规划中图分类号: TP311.3文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2023)04-0048-10 DOI: 10.3969/j.issn.1009-8518.2023.04.006Space-Based Target Monitoring System Utilizing TurntableServo ControlXIE Nihui YU Fei LI Xiao ZHANG Han YAN Nanxing LI Yinlong（Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China）Abstract In order to achieve target tracking with high precision, this paper develops a servo control system for the two-dimensional tracking turntable which takes DSP (Digital Signal Processor) and FPGA (Field Programmable Gate Array) as dual core processors. The control algorithm adopts the double closed-loop PI (Proportional-Integral) control algorithm including position and velocity loops. The phase angle and amplitude margins of the system are improved by the cascade compensation. Finally, the two-dimensional tracking turntable is realized with high precision, low speed and stable control. The joint debugging results of the mechanism and electronics show that when the turntable is guided sinusoidally with the maximum speed and the maximum acceleration respectively, the maximum guidance error of the azimuth axis is 0.006° with the root mean square value of 3.25", and the maximum guidance error of the pitch axis is 0.005° with the root mean square value of 3.24". The test results show that the control system can realize low speed and smooth operation for the two- dimensional tracking turntable and meet the performance requirements of large turntable servo control systems.Keywords space-based target monitoring system; two-dimensional tracking turntable; servo control system; motor vector control; motion trajectory planning收稿日期：2022-08-13引用格式：谢妮慧, 于飞, 李晓, 等. 天基空间目标监视中转台伺服控制系统的设计[J]. 航天返回与遥感, 2023, 44(4): 48-57.XIE Nihui, YU Fei, LI Xiao, et al. Space-Based Target Monitoring System Utilizing Turntable Servo Control[J].第4期谢妮慧等: 天基空间目标监视中转台伺服控制系统的设计 490 引言空间目标监视系统的主要任务是对卫星、空间碎片等重要空间目标进行精确探测与跟踪，确定可能对航天系统构成威胁的空间目标的尺寸、形状和轨道参数等重要特性，并对目标特性数据进行归类和分发。