南京理工大学智能导航与控制团队:一种基于双星光学观测的空间多目标跟踪方法 | 空间环境治理技术专刊
- 2026-05-30 15:40:48
空间非合作目标数量急剧增加对在轨航天器的安全运行产生了严重威胁。天基空间目标监视通过安装在空间平台上的光学测量传感器对目标进行探测，具有不受国界限制、覆盖范围广、隐蔽性强、机动灵活等特点，然而存在空间非合作目标运动特性复杂、目标个数时变以及目标高密度分布等问题。因此，开展基于光学观测的空间多目标高精度定位与跟踪研究，实现空间目标的数目和位置等信息的准确估计，是提升空间态势感知能力、保障航天器安全的迫切需求。
引用格式
赵高鹏, 王云泽, 薛小龙, 等. 一种基于双星光学观测的空间多目标跟踪方法[J]. 宇航学报, 2026, 47(5): 1215-1228.
ZHAO Gaopeng, WANG Yunze, XUE Xiaolong, et al. Space multi-target tracking method based on dual-satellite optical observation[J]. Journal of Astronautics, 2026, 47(5): 1215-1228.
本研究提出了一种基于双星光学观测的空间多目标跟踪方法。建立了空间目标轨道动力学模型与双星光学观测模型；基于对极几何理论实现目标像点的匹配关联，解算空间目标三维位置信息；针对GM-CPHD滤波算法应用于空间多目标跟踪时新生目标响应弱、紧邻目标分辨能力不足的问题，引入新生目标强度自适应估计策略与协作惩罚剪枝合并策略进行改进，以定位结果为量测集合，精确估计空间目标的数目、位置等信息，有效提升了目标分辨能力和跟踪稳定性，实现了双星光学观测体制下的空间多目标跟踪。
图1 改进GM-CPHD算法流程图
图2 双星协同定位流程
通过目标像点同步关联和双星协同定位解算，实现了仅光学观测条件下目标在J2000系下的三维坐标位置获取。
引入新生目标强度自适应估计策略和协作惩罚剪枝合并策略改进GM-CPHD算法，实现了对目标数量和位置的准确估计。
设计目标伴飞与轨迹交叉、目标并行与自然绕飞两种典型场景开展仿真实验，结果表明该方法能够有效应对目标数目时变、分布密集、轨迹交叉等复杂情形。
图3 目标伴飞与轨迹交叉场景
图4 目标并行与自然绕飞场景
图5 场景1目标定位与跟踪误差曲线
该研究成果可应用于天基光学监视领域的目标定位与跟踪，尤其适用于高动态威胁环境下的目标感知，为空间态势感知、航天器轨道博弈等提供技术支撑。
南京理工大学自动化学院智能导航与控制团队，团队负责人为薄煜明研究员。团队长期开展智能导航、智能火力控制领域的理论与应用研究，近年承担了基础加强计划等多项国家级重点项目，获省部级科学技术奖等荣誉。
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编 辑 /
秦子睿
审 核 /
曹亚君 郭筱曦
监 制 /
姜 军
