恒星目标重现与太空小碎片光学检测技术研究

摘要

日益复杂的太空环境对太空飞行安全造成日益严重威胁。因此空间目标的监测技术对于航天器安全飞行日益重要。另一方面,空间目标的监测是太空军事对抗不可缺少的技术环节。空间目标天基监测系统是未来太空感知的主要手段,是空间目标监测领域的前沿技术,对航天任务乃至国家安全都具有战略意义。
　　地基光学望远镜、雷达探测器和无线电信号探测器组成的监视网,能够对空间目标进行探测和跟踪。但是,受到气象、地理位置和时间的限制,使得该监测网对于小目标以及目标细节的观测效果不尽人意。天基光学监测技术对空间小目标能够得到更好的监测效果。但是搭建天基光学监测需要大量的人力和物力,所以前期的监测算法和监测方案等都得在地面上进行模拟调试。本论文在对空间碎片和目标的监测特点进行分析的基础上,开展了在地面上利用计算机重现恒星背景星图的研究,提出一种空间碎片光学监测方案。本文研究的内容包括以下几个方面:
　　1.研究了天基光学检测系统涉及的时间系统和坐标系统,分析了各坐标系统与地球岁差、章动之间的联系,给出了相关概念和数学表达式。研究了卫星的轨道模型,以及开普勒轨道根数。
　　2.对Tycho-2星表进行了深入理解,对该星表格式进行了详细介绍。根据课题需求对星表数据进行了子星表提取,缩小了星表数据量。
　　3.通过分区搜索的方法,提高了恒星点目标的搜索效率。研究了恒星平位置到视位置的转换,给出了详细转换流程和转换公式。实现了恒星点目标到位图数据的转换,通过卫星轨道根数与卫星位置和速度的关系,实现了星图视轴指向的更新,从而完成了动态星图的重现任务。
　　4.开发了一套恒星目标重现软件系统,包括子星表提取软件,恒星点目标快速获取模块、视位置计算模块和星图显示与保存模块。设计了可视化用户界面。
　　5.提出了一种空间碎片光学监测方案,对该方案的重要参数进行了计算,提出了一种天基光学监测系统成像方式。探讨了该方案涉及的关键技术和技术难点,并提出了简单的解决方案。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要内容和结构安排

第二章 恒星目标重现的基础研究

2.1 常用时间系统

2.2 参考坐标系统定义

2.3 卫星观测平台姿态模型

2.4 本章小结

第三章 恒星目标重现

3.1 星表数据简介

3.2 恒星目标获取

3.3 恒星点目标图像生成

3.4 动态星图重现

3.5 本章小结

第四章 软件设计

4.1 开发环境

4.2 星表数据提取程序

4.3 恒星目标重现程序

4.4 本章小结

第五章 空间碎片光学监测技术研究

5.1小目标光学检测技术

5.2 太空监测涉及的关键技术或技术难点

5.3 主动-被动结合光学监测技术方案

5.4 重要参数计算

5.5 本章小结

第六章 全文总结

致谢

参考文献

研究生期间的学术成果