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  本文關(guān)鍵詞：空間非合作面目標(biāo)跟蹤技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)》 2015年

空間非合作面目標(biāo)跟蹤技術(shù)研究

楊明冬  

【摘要】：空間面目標(biāo)跟蹤由于不受地球大氣、氣象等條件的限制,相比于地基空間目標(biāo)跟蹤具有明顯的優(yōu)勢(shì),是近年來國際學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)課題。跟蹤系統(tǒng)在對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行跟蹤的過程中,目標(biāo)本身存在姿態(tài)變化,同時(shí)目標(biāo)和跟蹤系統(tǒng)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng),所以在動(dòng)態(tài)下完成對(duì)目標(biāo)高精度的跟蹤是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn);而且對(duì)于某些應(yīng)用,要求在穩(wěn)定跟蹤的同時(shí)能夠高精度地瞄準(zhǔn)目標(biāo),跟瞄精度的高低直接決定著系統(tǒng)的成敗。為實(shí)現(xiàn)對(duì)空間面目標(biāo)高精度的跟蹤,必須要有一套高精度的跟蹤系統(tǒng),研究空間面目標(biāo)跟蹤技術(shù)對(duì)發(fā)展空間面目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)有一定的價(jià)值。本文主要研究基于圖像匹配的目標(biāo)跟蹤以及跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證;從空間面目標(biāo)跟蹤的需求分析入手,通過理論推導(dǎo)及仿真計(jì)算分析了空間面目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性和光學(xué)特性;提出一種提高匹配精度的改進(jìn)的擬合算法及模板更新算法,通過實(shí)驗(yàn)及仿真驗(yàn)證了算法有效性;從工程實(shí)現(xiàn)的角度分析了跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù),并討論了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中涉及的關(guān)鍵技術(shù),重點(diǎn)研究了精跟蹤系統(tǒng),包括部件特性、仿真模型、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn);最后利用設(shè)計(jì)的精跟蹤系統(tǒng)搭建了演示試驗(yàn),驗(yàn)證了利用亞像素匹配算法提取目標(biāo)位置并利用跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤的可行性。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有:(1).高精度圖像匹配算法:對(duì)傳統(tǒng)的亞像素?cái)M合算法進(jìn)行了改進(jìn),通過實(shí)驗(yàn)比較了本文擬合算法與傳統(tǒng)算法的精度,測(cè)試結(jié)果表明本文算法誤差比傳統(tǒng)算法誤差小,本文算法誤差小于0.1pixel;同時(shí)對(duì)傳統(tǒng)的模板更新算法進(jìn)行了改進(jìn),提出一種變參數(shù)模板更新算法,并通過改變目標(biāo)亮度、模擬目標(biāo)姿態(tài)變化比較了本文算法與傳統(tǒng)算法的精度,當(dāng)目標(biāo)旋轉(zhuǎn)5度,同時(shí)縮小1.25倍時(shí),本文算法的匹配精度比傳統(tǒng)算法約提高0.1pixel。(2).精跟蹤系統(tǒng)控制模型:分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)并詳細(xì)介紹了精跟蹤系統(tǒng),分析了精跟蹤系統(tǒng)各部件性能參數(shù),搭建了比較全面的精跟蹤仿真模型,根據(jù)仿真模型研究了不同DAC(Digital to Analog Converter)分辨率下的跟蹤精度,當(dāng)DAC分辨率提高到16bit時(shí),系統(tǒng)跟蹤精度約提高20%,繼續(xù)提高分辨率對(duì)提高跟蹤精度貢獻(xiàn)不大。(3).快速反射鏡建模及性能測(cè)試:分析了壓電陶瓷快速反射鏡控制模型,通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試了壓電陶瓷快速反射鏡比較全面的性能:開環(huán)特性、頻率響應(yīng),測(cè)得的快反鏡的諧振頻率約為1.4k Hz,為壓電陶瓷快速反射鏡在航天工程中的應(yīng)用提供依據(jù)與參考。(4).空間目標(biāo)光學(xué)特性分析:研究了空間目標(biāo)表面材料反射特性并詳細(xì)分析了空間目標(biāo)輻射特性,根據(jù)理論計(jì)算得到了目標(biāo)觀測(cè)距離、目標(biāo)表面反射率與跟蹤系統(tǒng)接收到的輻照度、目標(biāo)星等之間的關(guān)系,為空間面目標(biāo)跟蹤提供理論基礎(chǔ)。(5).室內(nèi)演示試驗(yàn):利用平行光管和靶標(biāo)板模擬空間遠(yuǎn)場(chǎng)非合作目標(biāo),并利用設(shè)計(jì)的精跟蹤系統(tǒng)完成了跟蹤演示試驗(yàn),測(cè)得的系統(tǒng)干擾抑制帶寬約為80Hz,驗(yàn)證了利用圖像匹配完成目標(biāo)跟蹤的可行性。本論文的研究工作對(duì)空間非合作目標(biāo)跟蹤技術(shù)進(jìn)行了探索,完成了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),并通過演示試驗(yàn)進(jìn)行了方案驗(yàn)證,為空間非合作面目標(biāo)跟蹤的工程實(shí)現(xiàn)做鋪墊。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

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