Sinds de lancering van de eerste door de mens gemaakte aardsatelliet is het aantal ruimtevoorwerpen snel toegenomen. Volgens de gezaghebbende statistieken van NASA bestonden er tot begin 2021 nog meer dan 6.400 ruimtevaartuigen in een baan om de aarde. Bovendien is het totale aantal raketafval boven de 10 cm de 16.000 overschreden. De ruimteomgeving is zeer overbelast geraakt door het toenemende ruimteafval, waardoor de veiligheid van ruimtevaartuigen in een baan om de aarde ernstig wordt bedreigd.

Ruimtegebaseerd situationeel bewustzijn, als een alomvattend vermogen van dreigingskennis, analyse en besluitvorming, is van belang om de veiligheid van de ruimte te waarborgen en de normale orde te handhaven. Er zijn verschillende situational awareness-systemen in de ruimte ontworpen en gelanceerd. Data-acquisitie, doelherkenning en monitoring die sleuteltechnologieën vormen, leveren een belangrijke bijdrage, en verschillende geavanceerde algoritmen worden onderzocht als technische ondersteuning.

Uitgebreide beoordelingen van deze technologieën en specifieke algoritmen verschijnen echter zelden. Dit benadeelt de toekomstige ontwikkeling van situationeel bewustzijn in de ruimte. In een recent gepubliceerde review in Space:Science &Technology , Shuang Li van het College of Astronautics, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, beoordeelde en analyseerde de onderzoeksvooruitgang in sleuteltechnologieën voor situationeel bewustzijn van de ruimte, gaf de toekomstige richtingen van de sleuteltechnologieën aan en benadrukte de onderzoeksvooruitzichten van multi-agent en synergetische constellatietechnologieën voor de toekomst situationeel bewustzijn, met als doel referenties te bieden voor op de ruimte gebaseerd situationeel bewustzijn om duurzaamheid in de ruimte te realiseren.

Allereerst werden de typische systemen die beschikbaar zijn voor bewustzijn op lange afstand bekeken. De Verenigde Staten hebben in hoge mate bijgedragen aan de ontwikkeling van de SSA-systemen. Het Geosynchronous Space Situational Awareness Program (GSSAP) heeft met name tot doel het geosynchrone situationeel bewustzijn te versterken. Dit systeem kan concrete kenmerken identificeren om verschillende doelen te onderscheiden en te karakteriseren.

Het Space-Based Surveillance System (SBSS) heeft hogere mogelijkheden voor data-acquisitie, identificatie en tracking op ruimtepuin. Bovendien bevat de constellatie van het Space-Based Infrared System (SBIRS) vier satellieten en infrarood-ladingen in hoge banen. 24 satellieten worden gedistribueerd in het Space Tracking and Surveillance System (STSS), waardoor de dekking van de SBIRS verder wordt uitgebreid. De STSS heeft sterkere mogelijkheden voor orbitaal volgen en manoeuvredetectie in gecompliceerde situaties. Bovendien integreert de James Webb Space Telescope (JWST) een telescoop met nabij- en middeninfraroodcamera's voor ultra-verafbeeldacquisitie en doelbewaking.

Laag gewicht, nauwkeurige en brede observatie zijn de belangrijke voordelen van de JWST. In navolging van de Verenigde Staten versterkt de Europese Unie met nadruk de kennis en de capaciteiten voor vroegtijdige waarschuwing in de SSA door het invoeren van het dual-mode detectiesysteem. Rusland heeft vooruitgang geboekt in het opsporen van puin, vroegtijdige waarschuwing en milieumonitoring, waardoor het Tree Canopy-systeem is ontstaan. Over het algemeen duiken er voortdurend geavanceerde, op de ruimte gebaseerde systemen voor situationeel bewustzijn op in de Verenigde Staten en andere landen.

Desalniettemin, gezien het grote stroomverbruik van ruimtegebaseerde apparaten en ongecoördineerde gegevensverwerkingsmethoden, worden de huidige SSA-systemen beperkt door het aantal detectoren, detectiemogelijkheden en locatiedistributie, waardoor ze slechts gelijktijdig bepaalde functies bezitten. In dit geval kunnen de systemen niet in realtime een nauwkeurig bewustzijn van alle ruimtedoelen realiseren, maar alleen voor taakvereisten. Daarom wordt het uitgebreide situationeel bewustzijn van de ruimtegebaseerde SSA een noodzaak.

Daarna heeft de auteur de kenmerken van optische sensoren en verwerkingstechnologieën beoordeeld en besproken, die een rol spelen bij het nauwkeurig verkrijgen van de gegevens van ruimtedoelen. Met de voordelen van hoge gevoeligheid, snelle transmissie en sterke anti-interferentie, optische sensoren toegepast op het ruimtegebaseerde situationele bewustzijn als de verzamelaars van objectgegevens. Wat betreft de gegevensverwerking, het vertegenwoordigt de technologie van het verwerken en analyseren van grote ruimtelijke gegevens, en deze omzetten in de belangrijkste informatie van de doelen. De toenemende risicovolle doelen verhogen echter de vereisten voor het verwerken van enorme hoeveelheden gegevens, en het beïnvloedt ook de nauwkeurigheid en tijdigheid van situationeel bewustzijn. Zo worden gegevensopslag, filtering en fusie op volgorde bekeken en besproken.

Vervolgens presenteerde en analyseerde de auteur de technologieën voor doelherkenning. Ten eerste was objectidentificatie het kernonderdeel van doelherkenning in het ruimtegebaseerde situationele bewustzijn. Laserradars waren dominant geweest in objectidentificatie als sensoren, terwijl machine vision en ANN sterk werden onderzocht als geavanceerde identificatie-algoritmen. Ten tweede, parameterschatting, als een essentiële voorwaarde om de nauwkeurige informatie van ruimtevoorwerpen te verkrijgen, moet parameterschatting worden uitgevoerd in de SSA na objectidentificatie.

Tot dusver zijn verschillende parameterschattingstechnologieën voor ruimtevoorwerpen benut. Fotometrische technologieën waren volwassener ontwikkeld, terwijl optimale schattingstechnologieën geavanceerde algoritmen in kunstmatige intelligentie produceerden. Ten derde was intentieherkenning het proces van intentiebewustzijn en gedragsinferentie van ruimteobjecten door waargenomen acties en effecten op de situaties, die essentieel waren om de kwaliteit van vroegtijdige waarschuwingsinformatie te verbeteren en het aantal waarschuwingen te verminderen, waardoor de veiligheid werd gegarandeerd. Vergeleken met de volwassen technologieën voor objectidentificatie, heeft intentieherkenning echter diepgaander onderzoek nodig.

Verder besprak de auteur de ontwikkeling van de target monitoring technologie. In de stabiele periode legden doelbewakingstechnologieën de nadruk op orbitale voorspelling, tracking en manoeuvredetectie, terwijl vroege waarschuwing en het vermijden van botsingen de risicovolle periode domineerden.

(1) Orbitale voorspelling van ruimtedoelen, als basis van botsingswaarschuwingsmechanismen en satellietmeet- en controletechnologie, was een onderzoekshotspot op het gebied van SSA geworden. Desalniettemin zijn de beperkingen van de huidige orbitale voorspellingsmethoden de lage nauwkeurigheid van dynamische doelmodellen, sensormetingen en orbitale bepaling. Luchtweerstandsmodellen genereerden bijvoorbeeld grote onzekerheid voor de orbitale voorspelling in lage banen om de aarde. Dus de auteur c de orbitale voorspellingsmethode op basis van analytische voorspellingsmodellen en machine learning-algoritmen.

(2) Orbitale bepaling en tracking waren beide belangrijke onderdelen van doelbewaking. Ze waren nauw met elkaar verbonden, waarbij orbitale bepaling het uitgangspunt was en orbitale tracking het uitvoerende doel was. Desalniettemin is alleen de zichtlijnwaarneming van de optische sensoren naar de doelen beschikbaar zonder afstandsinformatie. Gezien het feit dat aan alle aannames is voldaan, inclusief lineaire dynamica, vrijloopvlucht, enkele sensor en de sensor gefixeerd in het massamiddelpunt, heeft de bekende orbitale bepaling met alleen hoeken oplossingen nodig voor het gebrek aan waarneembaarheid van het bereik. Daarom besprak de auteur de ontwikkelingen van de bepalingsalgoritmen voor alleen hoeken en een reeks verbeterde filtervolgalgoritmen.

(3) Het detecteren van de manoeuvres van ruimtevoorwerpen met opvraagbare historische gegevens is een essentiële missie geworden in de SSA, vooral voor actieve objecten zonder beschikbare operationele informatie. Realtime detectie is vereist om adequaat te kunnen reageren op afwijkingen van ruimtevaartuigen en mogelijke bedreigingen voor nabijgelegen ruimtemiddelen. De manoeuvres van de actieve objecten worden gedetecteerd, waarbij de patronen en trends in manoeuvretypes en -groottes worden vastgelegd. Zo besprak de auteur de ontwikkelingen van de gevoelige parameterkarakteriseringsalgoritmen en de gezamenlijke meet- en verwerkingsalgoritmen.

(4) Monitoring-technologieën voor vroegtijdige waarschuwing hadden aanzienlijke voordelen van brede bewakingsbereiken, diverse volgmiddelen en hoge waarschuwingsnauwkeurigheid. Daarom was vroegtijdige waarschuwing veelbelovend, aangezien de algemene richting en de toekomstige trends zich richten op de op de ruimte gebaseerde asteroïde waarschuwingsprojecten en de verbeteringen van de tijdigheid, nauwkeurigheid en vertrouwen.

(5) Na ontvangst van de vroege waarschuwing over ruimteschroot en asteroïden, was een essentieel onderdeel van de SSA het voorspellen en vermijden van satellietbotsingen om ruimteactiva te beschermen. Het onderzoek naar technologieën voor het vermijden van botsingen was gericht op het voorspellen van botsingen en manoeuvreerstrategieën. De kern van de voorspelling van botsingen waren waarschijnlijkheidsberekeningsalgoritmen, terwijl vermijdingsalgoritmen de essentie waren van strategieontwerp. Daarom besprak de auteur de ontwikkelingen van de algoritmen voor het berekenen van de kans op botsingen en de algoritmen en strategieën voor het vermijden van manoeuvres.

Ten slotte vatte de auteur de vier belangrijkste conclusies en inzichten voor de essentiële technologieën samen:

(1) Voor de algemene vooruitgang van de ruimtegebaseerde SSA worden full-dimensionale en multilevel domeinbewustzijns- en bewakingssystemen geactiveerd. Ruimtebewakingssystemen zullen naar verwachting een grotere dekking, hogere nauwkeurigheid en kortere gegevensupdates hebben. Voor systeemapparaten wordt de werkfrequentie gewijzigd van de lage naar de hoge band. De vaste structuren zijn meestal flexibel en er is een lichtgewicht ontwerp geïmplementeerd. Verder is het werkingsmechanisme geëvolueerd naar de gedistribueerde en volledig digitale array.

(2) Als essentieel onderdeel van de SSA moeten databases met perfecte doelkenmerken worden opgezet om meer voorafgaande informatie te verstrekken voor nauwkeurig en snel situationeel bewustzijn. Op basis van kunstmatige intelligentie en cloudcomputing moeten de ontwikkelingsstrategieën van big data in de ruimte worden geformuleerd om de nieuwe generatie informatietechnologieën te bevorderen. Bovendien worden efficiënt ruimteverkeersbeheer en commerciële diensten verwacht voor een hogere duurzaamheid en zelfbeschermingsvermogen van ruimteactiva.

(3) De huidige intelligente algoritmen voor doelherkenning en -monitoring gebruiken voornamelijk het leren van kleine steekproeven. De meeste modellen hebben een trage inferentie na implementatie en kunnen niet aan de realtimevereisten voldoen. Vervolgens hebben de huidige algoritmen onvoldoende generalisatie. Daarom is het noodzakelijk om de classificaties van verschillende categorieën in homologe steekproefruimte te ontwerpen. De leeroverdracht van heterogene gegevens moet worden bestudeerd om het aanpassingsvermogen van het model aan de intrinsieke functieveranderingen van het doel in kleine steekproeven te verbeteren.

(4) Multiagent en synergetisch constellatiebewustzijn overwinnen de beperkingen van de toewijzing van ladingen. Belichaamde intelligentie en diep, algemeen en evolutionair leren kunnen worden toegepast op multi-agentsystemen en constellaties voor realistische multimodale interactie, wat bijdraagt ​​aan de intelligente evolutie van situationele bewustzijnssystemen. + Verder verkennen

Een nieuw Kalman-filter voor het volgen van doelen in de ruimte