天基光学监视系统目标检测与识别关键技术研究

发布时间：2020-07-04 04:49

【摘要】：天基光学监视系统具有覆盖范围广、不受国界约束、全天候等优点,是应对空天威胁保卫国家安全的“太空哨兵”。随着系统结构和功能的发展,天基光学监视系统的信息处理面临诸多挑战,对其中的目标检测和识别进行研究具有重要的前瞻意义。本文以天基光学监视系统应对复杂空天威胁为研究背景,围绕弱小目标检查前跟踪、扩展小目标检测和跟踪、单星条件下的助推段光学被动测距和中段目标识别方法中的难点及关键技术进行研究,主要的工作和取得的研究成果介绍如下:第二章研究了弱小目标的检测前跟踪。弱小目标信噪比较低通常堙没在背景杂波中,检测前跟踪被认为是探测弱小目标的有效方法。本章将标签多伯努利滤波器引入检测前跟踪领域,提出了基于标签多伯努利滤波的线性运动目标检测前跟踪算法(LMB TBD)。考虑到机动目标具有运动模式不确定性问题,进一步将交互式多模型方法与线性运动目标检测前跟踪算法相结合,提出IMM-LMB TBD算法以实现对机动目标的稳定检测前跟踪。本章所提方法既继承了标签多伯努利滤波器轨迹级滤波的特点,同时又能够在较低的信噪比下实现较高精度的多弱小目标跟踪。第三章研究了变尺度小目标检测方法。扩展目标中变尺度小目标的形状与传统点目标相似仍为圆斑状,但目标尺度不固定,在一定空间内变化。本章方法采用先确定目标尺度再进行目标确认的思路。设计了一种最优目标尺度搜索滤波器,然后结合形态学滤波和局部图像信噪比实现最终目标检测。对变尺度小目标,所提方法能够更准确地估计目标尺度、更好地抑制背景,从而获得更高的检测率和更低的虚警率。第四章研究了扩展目标中的复杂形态小目标检测和跟踪方法。复杂形态扩展小目标不仅目标尺度可变,且形状可为任意形状。本章结合块稀疏分解和标签多伯努利跟踪器提出基于自适应块稀疏的联合检测和跟踪方法。检测环节主要通过块稀疏分解实现,分解过程中依据局部图像复杂度和标签多伯努利跟踪器提供的目标存在概率对各块进行自适应加权。跟踪环节对标签多伯努利跟踪器进行改进,从分解所得的目标图像中提取运动方向信息将传统2D目标量测扩展为增加运动方向信息的3D量测,实现了更加稳健的跟踪。为了降低多扩展小目标跟踪的计算量,本章还根据扩展小目标的特点进行区间量测建模,分别针对线性运动目标和机动目标以箱粒子的方式实现了标签多伯努利跟踪算法和交互式多模型标签多伯努利跟踪算法。相比于传统点粒子方法,箱粒子方法能够以较快的速度实现多扩展小目标跟踪。第五章研究了光学观测条件下的助推段被动测距和中段目标识别方法。在助推段,估算的目标轨迹参数是天基光学监视系统的重要输出指标。其对目标识别分类、引导后续装备继续监视或拦截都有重要意义。而此类指标精度都严重受限于目标距离测量能力。为了提高单星条件下的参数估计精度,本章提出了天基条件下利用氧气A吸收带进行光学被动测距的方法,并利用MODTRAN软件对不同大气模型、不同气象条件、不同信噪比和不同视角下的测距能力进行了仿真分析。对于中段目标识别,针对神经网络识别方法面临的样本序贯更新和样本比例不均衡问题,对经典极限学习机进行改进提出了加权序贯极限学习机,仿真实验验证了所提方法的性能。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TJ86
【图文】：

EO-5 2021 年（预计） 研制中，作为 GEO-1 后继星EO-6 2022 年（预计） 研制中，作为 GEO-2 后继星EO-1 2006 年 6 月 在轨运行EO-2 2008 年 3 月 在轨运行EO-3 2014 年 搭载机密卫星发射EO-4 未知 研制完成一台扫描型探测器的 DSP 不同，SBIRS 的每颗卫星搭丰富。在监视性能上，DSP 需要 4-5 次扫描才能够基本40-50s 才能发出预警信息[10]，难以监视持续时间较短的描速度均高于 DSP，目标状态估计和预测精度大大提至 DSP 的 4 倍、落点估计精度提高至 DSP 的 10 倍[11, 可发出相关预警信息[8][9]。图 1.3 为 SBIRS HEO-2 卫星于lta II 7920H 运载火箭轨迹。

（a）STSS 监测的目标发射 （b）STSS 监测的拦截效果图 1.4 2011 年公布的 STSS 拍摄的目标 SBIRS 相似，STSS 的每颗卫星同时搭载双探测器，如图 1.5 所示。的谱段更加丰富，涵盖中波红外、中长波红外、长波红外和可见光波段融合处理，STSS 还具备一定的真假弹头甚至弹头类型识别能力器提供更多信息。按照规划，美国的 SBIRS 和 STSS 将相互协作，的目标轨迹参数估计。以此提高目标拦截的成功率。

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邓大松;;俄发射新一代导弹预警卫星[J];现代雷达;2015年11期

2 张瑜;刘秉琦;陈玉丹;余皓;闫宗群;华文深;李晓明;朱艮春;;天空背景近红外氧气A带光谱测量与分析[J];激光与红外;2015年09期

3 魏合理;戴聪明;武鹏飞;唐超礼;;用于被动测距的氧气A带大气吸收仿真计算[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2015年05期

4 刘达;李建勋;;一种新的单帧红外弱点目标多光谱联合统计检测方法（英文）[J];红外与毫米波学报;2015年04期

5 宋骊平;严超;姬红兵;梁萌;;基于箱粒子的多扩展目标PHD滤波[J];控制与决策;2015年10期

6 韩玉兰;朱洪艳;韩崇昭;;采用随机矩阵的多扩展目标滤波器[J];西安交通大学学报;2015年07期

7 CAI Fei;FAN Hongqi;FU Qiang;;Bernoulli Filter for Extended Target in Clutter Using Poisson Models[J];Chinese Journal of Electronics;2015年02期

8 毛艺帆;张多林;王路;;STSS对弹道目标探测的仿真分析[J];红外技术;2015年03期

9 闫宗群;刘秉琦;华文深;张瑜;李刚;周斌;沈宏斌;;相关K分布法在氧气吸收被动测距中的应用[J];光学精密工程;2015年03期

10 胡晓伟;童宁宁;董会旭;初洪帅;;弹道中段群目标平动补偿与分离方法[J];电子与信息学报;2015年02期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 张慧;天基红外传感器对中段目标群跟踪技术研究[D];国防科学技术大学;2014年

2 林再平;天基红外图像弱目标检测前跟踪技术研究[D];国防科学技术大学;2012年

3 龚亚信;基于粒子滤波的弱目标检测前跟踪算法研究[D];国防科学技术大学;2009年

4 罗笑冰;强机动目标跟踪技术研究[D];国防科学技术大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 吴宇昊;周期性高超声速巡航飞行器跟踪技术研究[D];国防科学技术大学;2014年

2 程方;空间点目标的动态红外辐射特性研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

3 陈宁;激光红外共用探测器复合成像系统性能的研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

4 赵雪刚;箱粒子滤波及其在目标跟踪中的应用研究[D];西安电子科技大学;2014年

5 丛海佳;大视场高分辨率红外/激光复合光学系统设计[D];哈尔滨工业大学;2013年

6 宗鹏飞;基于逐线积分的氧气A吸收带透过率的算法研究[D];中北大学;2013年

7 俞万友;弹道导弹中段真假弹头识别技术[D];上海交通大学;2013年

8 徐增;基于天基预警系统的导弹被动段弹道估计算法研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

本文编号：2740658