空间非合作面目标跟踪技术研究

发布时间：2021-07-24 20:00

　　空间面目标跟踪由于不受地球大气、气象等条件的限制,相比于地基空间目标跟踪具有明显的优势,是近年来国际学术研究的热点课题。跟踪系统在对空间目标进行跟踪的过程中,目标本身存在姿态变化,同时目标和跟踪系统之间存在相对运动,所以在动态下完成对目标高精度的跟踪是研究的重点和难点;而且对于某些应用,要求在稳定跟踪的同时能够高精度地瞄准目标,跟瞄精度的高低直接决定着系统的成败。为实现对空间面目标高精度的跟踪,必须要有一套高精度的跟踪系统,研究空间面目标跟踪技术对发展空间面目标跟踪系统有一定的价值。本文主要研究基于图像匹配的目标跟踪以及跟踪系统设计验证;从空间面目标跟踪的需求分析入手,通过理论推导及仿真计算分析了空间面目标运动特性和光学特性;提出一种提高匹配精度的改进的拟合算法及模板更新算法,通过实验及仿真验证了算法有效性;从工程实现的角度分析了跟踪系统设计参数,并讨论了系统设计中涉及的关键技术,重点研究了精跟踪系统,包括部件特性、仿真模型、设计实现;最后利用设计的精跟踪系统搭建了演示试验,验证了利用亚像素匹配算法提取目标位置并利用跟踪系统进行跟踪的可行性。论文的主要创新点有:（1）.高精度图像匹配算... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市

【文章页数】：124 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
    1.1 课题背景和研究意义
    1.2 国外空间目标跟踪系统发展现状
        1.2.1 天基空间目标监视系统
        1.2.2 空间激光武器
    1.3 面目标跟踪技术
    1.4 论文研究内容
    1.5 本章小结
2 目标特性分析
    2.1 空间目标辐射特性
        2.1.1 空间目标表面材料反射特性
        2.1.2 目标可见光辐射特性分析
        2.1.3 光学系统接收辐照度分析
    2.2 光学系统探测距离分析
        2.2.1 目标距离与成像光斑大小
        2.2.2 信噪比与可探测距离
    2.3 目标运动特性分析
    2.4 本章小结
3 图像匹配技术研究
    3.1 目标跟踪技术
        3.1.1 特征光流法
        3.1.2 帧间差分法
        3.1.3 基于目标边缘的跟踪
        3.1.4 基于目标区域特征的跟踪
    3.2 图像匹配
        3.2.1 匹配算法分类
        3.2.2 灰度相关匹配算法
        3.2.3 匹配性能分析
    3.3 不同匹配算法匹配精度比较
        3.3.1 目标尺度变换
        3.3.2 目标缩小
        3.3.3 目标旋转
        3.3.4 目标缩小加旋转
        3.3.5 小结
    3.4 亚像素拟合算法
        3.4.1 曲面拟合法
        3.4.2 二维拉格朗日插值法
        3.4.3 基于梯度的算法
        3.4.4 曲线拟合算法
    3.5 探测器噪声对匹配结果的影响
    3.6 本章小结
4 匹配模板研究
    4.1 模板更新策略
        4.1.1 亮度变化
        4.1.2 模板更新算法精度比较
    4.2 模板大小对匹配的影响
    4.3 本章小结
5 系统设计分析
    5.1 系统工作原理
        5.1.1 ATP技术
        5.1.2 跟踪控制结构
    5.2 复合轴控制结构
        5.2.1 粗跟踪子系统
        5.2.2 精跟踪子系统
    5.3 跟踪系统设计分析
        5.3.1 光学设计分析
        5.3.2 精跟踪电子学设计分析
    5.4 精跟踪控制理论分析
        5.4.1 系统控制流程
        5.4.2 系统控制模型
    5.5 瞄准精度检测
        5.5.1 瞄准精度分析
        5.5.2 光轴自校正
        5.5.3 瞄准精度检测方法
    5.6 本章小结
6 地面模拟试验
    6.1 试验概述
        6.1.1 初始方案
        6.1.2 最终方案
    6.2 跟踪及抗干扰性能分析
        6.2.1 静态
        6.2.2 施加 2Hz干扰
        6.2.3 施加 5Hz干扰
        6.2.4 施加 10Hz干扰
        6.2.5 施加 80Hz干扰
    6.3 本章小结
7 总结与展望
参考文献
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]天基激光清理低轨空间碎片的最佳角度分析与过程设计[J]. 韩威华,甘庆波,何洋,杨新.  航空学报. 2015(03)
[2]高能激光武器的发展分析[J]. 刘晓明,葛悦涛.  战术导弹技术. 2014(01)
[3]天基激光武器系统的发展[J]. 高明辉,郑玉权,王志宏.  中国光学. 2013(06)
[4]硅太阳能电池板的光谱BRDF测量及色度特性的研究[J]. 王安祥,吴振森,曹运华.  红外与激光工程. 2013(11)
[5]高能激光武器技术与应用进展[J]. 宗思光,吴荣华,曹静,王辉华.  激光与光电子学进展. 2013(08)
[6]数字图像相关中亚像素算法的比较[J]. 张爱华,娄小平,吕乃光.  北京信息科技大学学报(自然科学版). 2013(03)
[7]美空军即将启用SBSS系统[J].   航天电子对抗. 2012(05)
[8]CMOS图像传感器电路噪声分析[J]. 杨涛,吴孙桃,郭东辉.  厦门大学学报(自然科学版). 2012(03)
[9]基于BRDF的在轨卫星反射特性[J]. 王付刚,张伟,汪洪源.  光电工程. 2011(09)
[10]美国天基空间目标监视系统概况[J]. 崔潇潇.  国际太空. 2011(07)

硕士论文
[1]亚像素噪声图像配准方法研究[D]. 李彦虎.西南交通大学 2012
[2]基于图像匹配的目标跟踪算法研究[D]. 李琼.西安电子科技大学 2012
[3]基于FPGA的实时图像采集和去噪系统的研究与设计[D]. 马向前.吉林大学 2006



本文编号：3301328