基于地基望远镜的暗弱空间目标检测技术研究
发布时间：2020-12-18 03:55
地基望远镜由于具有成本低、能耗小、灵敏度高、探测距离远的特点,成为空间目标广域监视系统中关键的组成部分。然而,地基望远镜对于空间目标探测依然存在很多问题。首先,哈特曼波前传感器在强光背景下容易受到背景干扰使探测图像模糊,导致探测精度下降或信号丢失。在实际应用中,部分空间目标受到地球遮挡,只在临近黎明和傍晚可以被观测到,部分空间目标只白天的固定地区上方和固定地方时出现,因此实际观测中对强背景条件下出现的空间目标有观测需求。其次,地基望远镜也会受到散射光以及自身复杂渐晕的影响使得图像具有非均匀性,导致了图像质量下降。最后,由于地基望远镜成像图像中通常出现密集的恒星背景和噪声,图像中密集的恒星背景和噪声产生的虚警点给目标检测算法带来巨大的数据量的问题。因此地基望远镜在强背景下能够清晰稳定的高质量成像,并最后快速准确地检测出空间目标,对于空间目标探测和感知具有重要意义。本文对空间监测图像处理各环节进行了深入分析和研究,重点研究其在实际工程应用领域的问题。本文主要研究内容如下:1.研究了强背景下哈特曼传感器中背景抑制问题。提出了一种哈特曼传感器背景抑制算法,其通过分析图像哈特曼传感器中的信号的特...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
卫星相撞示意图
随着人类航空技术不断发展,运载火箭的成本和运载量不断地优化,人类运载火箭发射越来越频繁。另一方面,半导体、微机电、传感器、材料星载一体化等方面技术的突破和进步,与以往相比卫星的尺寸缩小但功能却得到了增强,一次发射可以将更多地卫星送入太空,这也使得人类发射卫星数量迅猛增长。如2018年12月4日Spaceflight Industries一次性发射了64颗小型卫星[24],如图2所示[25],其中(a)SpaceX一枚运载火箭中的64颗小型卫星(b)“星链”卫星经过位于智利塞罗托罗罗美洲天文台上空时拍摄的图像[25]。根据马斯克的“太空互联网”计划,SpaceX未来将发射1.2万星链卫星,该计划中发射卫星数量已经超过人类已知发射卫星数量总和。目前,地球轨道上的空间目标数量逐年增加[26],与之对应的火箭残骸和发射活动产生的空间碎片数量逐年指数上涨。根据美国国家航空航天局(NASA)碎片模型的估计,截止2017年1月,人造空间物体总重达7000吨,其中有超过3亿的空间碎片大于1mm,超过65万个空间碎片大于1cm,大于10cm的空间碎片预计也达到2万以上[27]。特别是在低轨道区域,按照从2005年到2015年的统计数据显示,空间碎片的年增长率约为15%[28]。
根据卫星运行轨道距离地球表面的高度进行分类,如图1.3所示。空间碎片主要密布的分布在距地球600公里至1000公里的LEO位置处[27]。在空间中所有在轨的目标中,能够正常工作的航天设备仅占总数的5%;碎片占总数的13%;火箭碎片残骸占总数的17%;失效的航天设备占总数的22%;其中解体的航天设备数量最大占总数的43%。轨道中的空间碎片分布如图1.4所示[29],其中大部分是解体的航天器产生空间碎片。这些空间碎片严重影响了人类对地球轨道的空间资源的利用和开发。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国重复使用航天运输系统发展现状及展望[J]. 龙乐豪,王国庆,吴胜宝,马婷婷,牟宇. 国际太空. 2019(09)
[2]地球同步轨道暗弱目标地基光学成像技术综述[J]. 罗秀娟,刘辉,张羽,陈明徕,兰富洋. 中国光学. 2019(04)
[3]现代小卫星技术的发展趋向及应用研究[J]. 姚云升. 科技与创新. 2019(02)
[4]临近空间与重复使用技术研究[J]. 鲁宇,蔡巧言,王飞. 导弹与航天运载技术. 2018(03)
[5]基于光电传感器的小目标检测与跟踪技术综述[J]. 孙菲,黄涛. 光学与光电技术. 2018(03)
[6]垂直起降可重复使用运载器发展现状与关键技术分析[J]. 崔乃刚,吴荣,韦常柱,徐大富,张亮. 宇航总体技术. 2018(02)
[7]基于改进的单高斯背景模型检测算法的研究[J]. 徐鸿伟,陈钱,钱惟贤. 激光与光电子学进展. 2016(04)
[8]基于场景的红外光学系统渐晕效应校正方法[J]. 李召龙,沈同圣,史浩然,娄树理. 红外与激光工程. 2015(S1)
[9]空间目标地基光电探测与识别技术的发展[J]. 王建立. 飞行器测控学报. 2015(06)
[10]国外运载火箭可重复使用关键技术综述[J]. 冯韶伟,马忠辉,吴义田,栾宇,王月. 导弹与航天运载技术. 2014(05)
博士论文
[1]基于相位差算法的拼接镜共相误差探测与图像复原的研究[D]. 岳丹.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
硕士论文
[1]基于时空域滤波的红外小目标检测[D]. 张慧莉.哈尔滨工业大学 2014
[2]空间碎片碰撞概率及其敏感度分析研究[D]. 杨旭.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2010
[3]检测前跟踪算法研究[D]. 卢锦.西安电子科技大学 2010
[4]基于形态学的微弱运动目标检测技术及应用[D]. 王俊芳.电子科技大学 2007
本文编号：2923305
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
卫星相撞示意图
随着人类航空技术不断发展,运载火箭的成本和运载量不断地优化,人类运载火箭发射越来越频繁。另一方面,半导体、微机电、传感器、材料星载一体化等方面技术的突破和进步,与以往相比卫星的尺寸缩小但功能却得到了增强,一次发射可以将更多地卫星送入太空,这也使得人类发射卫星数量迅猛增长。如2018年12月4日Spaceflight Industries一次性发射了64颗小型卫星[24],如图2所示[25],其中(a)SpaceX一枚运载火箭中的64颗小型卫星(b)“星链”卫星经过位于智利塞罗托罗罗美洲天文台上空时拍摄的图像[25]。根据马斯克的“太空互联网”计划,SpaceX未来将发射1.2万星链卫星,该计划中发射卫星数量已经超过人类已知发射卫星数量总和。目前,地球轨道上的空间目标数量逐年增加[26],与之对应的火箭残骸和发射活动产生的空间碎片数量逐年指数上涨。根据美国国家航空航天局(NASA)碎片模型的估计,截止2017年1月,人造空间物体总重达7000吨,其中有超过3亿的空间碎片大于1mm,超过65万个空间碎片大于1cm,大于10cm的空间碎片预计也达到2万以上[27]。特别是在低轨道区域,按照从2005年到2015年的统计数据显示,空间碎片的年增长率约为15%[28]。
根据卫星运行轨道距离地球表面的高度进行分类,如图1.3所示。空间碎片主要密布的分布在距地球600公里至1000公里的LEO位置处[27]。在空间中所有在轨的目标中,能够正常工作的航天设备仅占总数的5%;碎片占总数的13%;火箭碎片残骸占总数的17%;失效的航天设备占总数的22%;其中解体的航天设备数量最大占总数的43%。轨道中的空间碎片分布如图1.4所示[29],其中大部分是解体的航天器产生空间碎片。这些空间碎片严重影响了人类对地球轨道的空间资源的利用和开发。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国重复使用航天运输系统发展现状及展望[J]. 龙乐豪,王国庆,吴胜宝,马婷婷,牟宇. 国际太空. 2019(09)
[2]地球同步轨道暗弱目标地基光学成像技术综述[J]. 罗秀娟,刘辉,张羽,陈明徕,兰富洋. 中国光学. 2019(04)
[3]现代小卫星技术的发展趋向及应用研究[J]. 姚云升. 科技与创新. 2019(02)
[4]临近空间与重复使用技术研究[J]. 鲁宇,蔡巧言,王飞. 导弹与航天运载技术. 2018(03)
[5]基于光电传感器的小目标检测与跟踪技术综述[J]. 孙菲,黄涛. 光学与光电技术. 2018(03)
[6]垂直起降可重复使用运载器发展现状与关键技术分析[J]. 崔乃刚,吴荣,韦常柱,徐大富,张亮. 宇航总体技术. 2018(02)
[7]基于改进的单高斯背景模型检测算法的研究[J]. 徐鸿伟,陈钱,钱惟贤. 激光与光电子学进展. 2016(04)
[8]基于场景的红外光学系统渐晕效应校正方法[J]. 李召龙,沈同圣,史浩然,娄树理. 红外与激光工程. 2015(S1)
[9]空间目标地基光电探测与识别技术的发展[J]. 王建立. 飞行器测控学报. 2015(06)
[10]国外运载火箭可重复使用关键技术综述[J]. 冯韶伟,马忠辉,吴义田,栾宇,王月. 导弹与航天运载技术. 2014(05)
博士论文
[1]基于相位差算法的拼接镜共相误差探测与图像复原的研究[D]. 岳丹.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
硕士论文
[1]基于时空域滤波的红外小目标检测[D]. 张慧莉.哈尔滨工业大学 2014
[2]空间碎片碰撞概率及其敏感度分析研究[D]. 杨旭.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2010
[3]检测前跟踪算法研究[D]. 卢锦.西安电子科技大学 2010
[4]基于形态学的微弱运动目标检测技术及应用[D]. 王俊芳.电子科技大学 2007
本文编号：2923305
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