非合作空間目標(biāo)光學(xué)捕獲和快速鎖定方法研究.pdf_第1頁(yè)
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1、空間目標(biāo)捕獲和鎖定技術(shù)涉及衛(wèi)星激光通信、激光雷達(dá)、空間對(duì)接、天文目標(biāo)觀測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。捕獲和鎖定過程中,捕獲終端轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)首先瞄準(zhǔn)目標(biāo)飛行器可能出現(xiàn)的區(qū)域,然后利用終端探測(cè)器捕獲空間目標(biāo)的光學(xué)信息,經(jīng)過分析和判斷,最后實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)的快速鎖定。
  根據(jù)空間目標(biāo)是否主動(dòng)向捕獲終端提供有利于捕獲和鎖定的信息,可以將空間目標(biāo)分為兩類:一類為合作空間目標(biāo),即空間目標(biāo)主動(dòng)向捕獲終端提供自身的運(yùn)動(dòng)信息和主動(dòng)光信標(biāo);另一類為非合作空間目標(biāo),空間目標(biāo)

2、既不主動(dòng)提供自身的運(yùn)動(dòng)信息,一般也不提供主動(dòng)光信標(biāo),只能利用目標(biāo)散射光信號(hào)進(jìn)行捕獲。在極端情況下,非合作空間目標(biāo)甚至?xí)谜{(diào)姿、變軌或者提供偽目標(biāo)等技術(shù)手段減小被捕獲和鎖定的幾率。
  根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)理論,非合作空間目標(biāo)具有兩個(gè)顯著特點(diǎn):(1)目標(biāo)行為具有明顯的隨機(jī)性,即目標(biāo)出現(xiàn)的空間位置是隨機(jī)的、目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向是隨機(jī)的、目標(biāo)在空間某位置出現(xiàn)的時(shí)間是隨機(jī)的;(2)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息較少,即對(duì)于不確定的未知信息,在建模分析時(shí)也表現(xiàn)為一種隨機(jī)

3、特性。以衛(wèi)星激光通信鏈路建立過程為例,由于光學(xué)終端實(shí)際的運(yùn)行軌道和姿態(tài)與設(shè)計(jì)存在一定的偏離,使得其運(yùn)動(dòng)信息具有隨機(jī)性分布的特點(diǎn)。在衛(wèi)星鏈路建立初期階段,目標(biāo)終端首先利用其它途徑(微波、激光測(cè)距等)進(jìn)行衛(wèi)星軌道的預(yù)報(bào)來獲取不確定區(qū)域的信息,并控制地面終端指向要執(zhí)行掃描的區(qū)域。本文中進(jìn)行的在有限空域中的捕獲和鎖定過程研究同樣是建立在已經(jīng)通過粗導(dǎo)引(軌道預(yù)警、外推)手段獲取了目標(biāo)可能出現(xiàn)空域信息的基礎(chǔ)上,實(shí)質(zhì)上,這類過程同時(shí)具備了前文所述的非

4、合作空間目標(biāo)的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)。此外,在激光雷達(dá)、空間對(duì)接、天文目標(biāo)觀測(cè)等研究領(lǐng)域,也同樣存在著大量的具有此類特征的非合作空間目標(biāo)。非合作空間目標(biāo)捕獲和鎖定技術(shù)可廣泛應(yīng)用于軍事和航天等敏感領(lǐng)域,開展與此相關(guān)的研究工作,突破關(guān)鍵技術(shù)、優(yōu)化捕獲策略和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、從本質(zhì)上提高系統(tǒng)性能指標(biāo),具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
  本論文綜合分析了國(guó)內(nèi)外典型空間目標(biāo)捕獲平臺(tái)的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展,闡述了典型平臺(tái)結(jié)構(gòu)下的捕獲鎖定基本過程,詳細(xì)分析了非合

5、作空間目標(biāo)捕獲和鎖定技術(shù)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
  通過研究影響非合作空間目標(biāo)捕獲和鎖定的主要因素,并結(jié)合目標(biāo)捕獲和鎖定的物理過程,建立了目標(biāo)捕獲的概率模型。研究了目標(biāo)捕獲概率隨瞄準(zhǔn)偏差、捕獲帶寬、目標(biāo)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)等因素變化的規(guī)律,并通過仿真驗(yàn)證了理論模型的正確性。為定量研究大氣湍流對(duì)近地空間目標(biāo)捕獲鎖定的影響,提出采用Non-Kolmogorov湍流模型來刻畫大氣湍流造成的光束到達(dá)角起伏和光強(qiáng)起伏,并通過理論分析和數(shù)值仿真說明了這種研究

6、方法的有效性。
  針對(duì)光學(xué)探測(cè)器圖像處理速度制約非合作空間目標(biāo)捕獲鎖定時(shí)間和概率的問題,本論文提出了改進(jìn)型光流速度矢量分解矩匹配快速幀處理方法,解決了非合作空間目標(biāo)在大視場(chǎng)下捕獲的快速識(shí)別問題,有效提高了目標(biāo)光學(xué)捕獲效率,并建立模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)驗(yàn)證了這種快速幀處理方法的有效性。
  論文最后分析了影響非合作空間目標(biāo)鎖定伺服系統(tǒng)運(yùn)行效率的主要原因,提出了一種能夠提高控制系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間、平滑控制效果的“軟潤(rùn)滑”控制方法,能夠平穩(wěn)鎖定

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