[发明专利]一种低轨卫星探测半实物仿真系统及方法

说明书

本发明公开了一种低轨卫星探测半实物仿真系统及方法，属于卫星探测领域。本发明系统包括：红外场景生成模块用于生成目标的仿真图像；星上信息处理机主要完成对仿真图像的单帧相面目标检测任务；单星地面处理机对星上信息处理机下发的仿真图像和单帧目标粗检测结果进一步处理；地面综合信息处理机主要任务为对接收的各单星地面处理机的疑似目标相面轨迹进行融合重建目标三维轨迹，对该大系统中所有子系统进行运行控制、状态监控以及仿真参数初始化，仿真结束后对低轨卫星的各项性能指标进行评估；本发明还实现了一种低轨卫星探测半实物仿真方法。本发明系统利用有限的硬件资源，提高覆盖范围的同时，减少了资源开销。

技术领域

本发明属于卫星探测领域，更具体地，涉及一种低轨卫星探测半实物仿真系统及方法。

背景技术

美国最早开始天基红外预警系统的研究与探索，上世纪70年代美国推出的“国防支援计划(DSP)”，于海湾战争中起到了重要作用，但是也暴露DSP系统对战术导弹预警能力的不足，其中主要为对中短程导弹缺乏足够的反应时间。因此，于90年代美国启动了SBIRS的卫星系统研究，SBIRS系统分为SBIRS-High和SBIRS-Low两部分,SBIRS-High为对早期DSP系统的补充。SBIRS-Low于2002年改名为STSS(Space Tracking and SurveillanceSystem)。由于STSS系统星座庞大，技术复杂，美国与2009年发射了两颗演示验证星STSS-Demo，并随后进行了几次目标实验，验证了其中的部分关键技术。

根据美国已发布的消息可知系统采取的是Walker-Delta构型，整个STSS系统由20～30颗低轨卫星组成，每颗卫星均配备一个宽视场捕获传感器和窄视场凝视传感器，用于捕获和跟踪成像视场内出现的目标。已有学者根据美国已发布的信息对STSS系统进行过功能建模仿真研究，建立了STSS对弹道导弹的探测预警模型，但是尚未有关于STSS的半实物仿真系统设计。

发明内容

针对现有技术的改进需求，本发明提供了一种低轨卫星探测半实物仿真系统，其目的在于采用模拟仿真软件和实物对低轨卫星进行仿真，由此通过半实物仿真实验探索低轨卫星对目标飞行中段的监控能力。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种低轨卫星探测半实物仿真系统，该系统包括：

地面综合信息处理机，用于初始化系统；调用STK卫星工具包对低轨卫星进行三维仿真演示，将目标特性和仿真推算得到的目标监控卫星位置和卫星相机指向视角发送至红外场景生成模块；将收到的目标像面轨迹进行融合，使用双星定位算法，重建目标三维轨迹，利用三维轨迹进行轨迹预报，通过轨迹预报结果和星上信息处理机的检测结果分析和评估低轨卫星的跟踪性能；

红外场景生成模块，用于根据接收到的目标特性、目标监控卫星位置和卫星相机指向视角，在OpenSceneGraph三维渲染引擎基础上结合红外建模算法，渲染生成监控卫星的长波、中长波、中波和短波的凝视图像，并将图像数据发送到对应的星上信息处理机；

星上信息处理机，用于进行凝视图像的单帧目标检测，并向单星地面处理机发送凝视图像与检测结果；

单星地面处理机，用于将单帧检测结果进行多波段融合，再对融合后连续多帧图像进行关联并去虚警获取目标，提取目标的详细信息，绘制目标像面轨迹，并将目标像面轨迹发送至地面综合信息处理机。

进一步地，所述地面综合信息处理机包括：

环境模拟单元，用于通过使用STK仿真工具，根据输入的卫星轨道参数，模拟低轨卫星在轨运行的三维视景仿真，获得所有卫星运行各时刻的位置和速度信息，同时将所有卫星三维轨迹和目标三维轨迹发送至任务管理单元；根据任务管理单元选中的监控卫星和监控目标将卫星相机指向调节至目标所在位置，获得相机指向视角，传递给红外场景生成系统；