用于改进的空间监视的倾斜的超级对地静止地球轨道的制作方法

本公开涉及空间监视。具体地，涉及用于改进的空间监视的倾斜的超级对地静止地球轨道(super-GEO)。

背景技术：

当前，步进凝视(step-stare)方法经常被用于空间监视的传感器所采用。步进凝视方法捕获少量重叠的一系列视场(FOV)以监视较大的能视域(FOR)。重新定向传感器以指向下一个FOV位置并且在重新定向之后允许扰动以安放需要额外的时间。然而，以恒定的回转速率连续跨能视域(field-of-regard)扫描的方法可以使需要的额外时间最小化。使用恒定的回转速率可以导致在能视域的许多方面具有比要求的性能更好的性能，但是也可以导致在其他方面的不足的性能，并且因此，恒定的回转速率可以导致远离最佳使用时间。因此，需要用于空间监视的传感器的改进的技术。

技术实现要素：

本公开涉及用于改进的空间监视的倾斜的Super-GEO轨道的方法、系统以及装置。在一个或多个实施例中，用于空间监视的方法涉及由超级对地静止地球轨道(super-GEO)中的至少一个卫星上的至少一个传感器进行扫描，基于能视域(FOR)的光栅扫描。在一个或多个实施例中，扫描具有可变的速率，该速率取决于用于探测感兴趣目标的目标停留时间。在至少一个实施例中，目标停留时间是依据目标的特征亮度的。

在至少一个实施例中，目标停留时间进一步依据从至少一个传感器到感兴趣目标的范围/距离(range)并且依据太阳相位角。

在一个或多个实施例中，光栅扫描包括至少一次扫掠。在至少一个实施例中，至少一次扫掠是连续扫掠。

在至少一个实施例中，至少一个传感器的能视域(FOR)依据太阳和至少一个卫星之间的几何构型，并且依据至少一个卫星指向的角度。

在一个或多个实施例中，该方法进一步包括，在通过至少一个传感器的扫描、采集期间，图像帧随时间构成。在至少一个实施例中，图像帧重叠。

在至少一个实施例中，super-GEO是在轨道周期的大部分持续时间内具有大于静止地球轨道(GEO)半径的半径的轨道。

在一个或多个实施例中，光栅扫描所需的时间取决于至少一个传感器的孔直径和目标停留时间。

在至少一个实施例中，光栅扫描所需时间进一步取决于至少一个传感器的高度。

在一个或多个实施例中，光栅扫描所需时间进一步取决于至少一个传感器的瞬时视场(IFOV)。

在至少一个实施例中，该方法进一步涉及比较至少一个图像帧内探测到的亮度水平与探测阈值。在一个或多个实施例中，该方法进一步涉及在至少一个图像帧内所探测到的亮度水平超过探测阈值时确定感兴趣目标是存在的。在一些实施例中，该方法进一步涉及在至少一个图像帧内所探测到的亮度水平没有超过探测阈值时确定感兴趣目标是不存在的。

在至少一个实施例中，其中当具有两个或更多个卫星时，该方法进一步涉及至少一个卫星扫描期望扫描区域的至少一部分，其中其他卫星中的至少一个卫星的传感器中的至少一个具有低性能。

在一个或多个实施例中，用于空间监视的系统涉及在超级对地静止地球轨道(super-GEO)内的至少一个卫星。该系统进一步涉及至少一个卫星上的至少一个传感器对能视域(FOR)进行光栅扫描的扫描。在一个或多个实施例中，扫描具有可变速率，该可变速率取决于用于探测感兴趣目标的目标停留时间。在至少一个实施例中，目标停留时间依据目标的特征亮度，该特征亮度将遍历FOR关于观察几何构型因素而变化，观察几何构型因素包含到目标的距离、观察几何构型以及太阳照射角。

在至少一个实施例中，在扫描期间，至少一个传感器进一步随着时间采集图像帧。

在一个或多个实施例中，至少一个传感器进一步比较至少一个图像帧内所检测到的亮度水平与探测阈值。在至少一个实施例中，当至少一个图像帧内所探测到的亮度水平超过探测阈值时，至少一个传感器进一步确定感兴趣目标是存在的。在一些实施例中，当至少一个图像帧内所探测到的亮度水平没有超过探测阈值时，至少一个传感器进一步确定感兴趣目标不存在。

在至少一个实施例中，用于空间监视的方法涉及由倾斜的超级对地静止地球轨道(super-GEO)内的至少一个卫星上的至少一个传感器进行扫描，对能视域(FOR)进行光栅扫描。在一个或多个实施例中，扫描具有可变速率，其取决于用于探测感兴趣目标的目标停留时间。在至少一个实施例中，目标停留时间依据目标的特征亮度。

在一个或多个实施例中，倾斜的super-GEO的倾斜轴线被选择以使得由于地球排斥产生的性能劣化最小化。

在至少一个实施例中，用于空间监视的系统涉及倾斜的超级对地静止地球轨道(super-GEO)内至少一个卫星。该系统进一步涉及至少一个卫星上的至少一个传感器以对能视域(FOR)进行光栅扫描的扫描。在一个或多个实施例中，扫描具有可变速率，其取决于用于探测感兴趣目标的目标停留时间。在至少一个实施例中，目标停留时间依据目标的特征亮度，该特征亮度将遍历FOR关于观察几何构型因素而变化，观察几何构型因素包含到目标的距离、观察几何构型以及太阳照射角。

所述特征、功能以及优点可以在本公开的不同实施例中独立地实现，或者可以在另外其他的实施例中组合。

附图说明

本公开的这些以及其他特征、方面以及优点通过参考以下描述、所附权利要求以及附图而变得更好理解，其中：

图1A是根据本公开的至少一个实施例描绘了太阳和卫星上传感器之间的太阳相位角的示意图，该卫星可以被用于本公开的空间监视系统；

图1B是根据本公开的至少一个实施例显示了依据太阳相位角由球体反射的光的相对量的图表；

图2是根据本公开的至少一个实施例显示了示例性光栅扫描的示意图，该示例性光栅扫描可以由用于所公开的空间监视系统的传感器来进行；

图3A是根据本公开的至少一个实施例显示了图像帧的时间序列的示意图，该图像帧可以由用于所公开的空间监视系统的传感器来采集；

图3B是根据本公开的至少一个实施例显示了扫描的区域的一系列条带的示意图；

图4A是根据本公开的至少一个实施例显示了监视周期时间的图表，监视周期时间依据用于所公开的空间监视系统的最佳时间变化回转速率的目的最小可探测目标(MDT)尺寸；

图4B是显示了依据恒定回转速率的目的MDT尺寸的监视周期时间的图表；

图5是根据本公开的至少一个实施例显示了依据使用用于所公开的空间监视系统的最佳时间变化回转速率的针对不同传感器高度的目的MDT尺寸的监视周期时间的图表；

图6是根据本公开的至少一个实施例显示了依据使用用于所公开的空间监视系统的最佳时间变化回转速率的针对不同的瞬时视场(IFOV)的目的MDT尺寸的监视周期时间的图表。y轴比例与图5中的相同；

图7A是根据本公开的至少一个实施例的用于O操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图7B是根据本公开的至少一个实施例的用于W操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图7C是根据本公开的至少一个实施例的用于E操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图8A是根据本公开的至少一个实施例的显示了复合覆盖的用于O操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图8B是根据本公开的至少一个实施例的显示了用于传感器A的覆盖的用于O操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图8C是根据本公开的至少一个实施例的显示了用于传感器B的覆盖的用于O操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图8D是根据本公开的至少一个实施例的显示了用于传感器C的覆盖的用于O操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图9是根据本公开的至少一个实施例的显示了用于传感器A的覆盖的用于W或E操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图10是根据本公开的至少一个实施例的显示了用于传感器A和传感器C的覆盖的用于W或E操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图11A是根据本公开的至少一个实施例的显示了复合覆盖的用于W或E操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图11B是根据本公开的至少一个实施例的显示了用于传感器A的覆盖的用于W或E操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图11C是根据本公开的至少一个实施例的显示了用于传感器B的覆盖的用于W或E操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图11D是根据本公开的至少一个实施例的显示了用于传感器C的覆盖的用于W或E操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图12A是根据本公开的至少一个实施例的显示了用于传感器A的覆盖的W或E操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图12B是根据本公开的至少一个实施例的当采用倾斜的轨道时显示了用于传感器A的覆盖的用于W或E操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图12C是根据本公开的至少一个实施例的当采用倾斜的轨道时显示了用于传感器A的覆盖的用于O操作模式的所公开的空间监视系统的示意图；

图13是根据本公开的至少一个实施例的描绘了所公开的空间监视方法的流程图；

图14是根据本公开的至少一个实施例描绘了采用倾斜轨道的所公开的空间监视方法的流程图；

图15根据本公开的至少一个实施例示出了可以被所公开的空间监视系统采用的MDT模型的示例公式；

图16根据本公开的至少一个实施例示出了可以被所公开的空间监视系统采用的多像素条纹MDT模型的示例公式；

图17A根据本公开的至少一个实施例示出了可以被所公开的空间监视系统采用的示例性传感器的示意图；

图17B根据本公开的至少一个实施例示出了图17A的示例性传感器的侧视图；

图18是根据本公开的至少一个实施例描绘了所公开的空间监视系统的示例性回转速率廓线的图表；

图19A是根据本公开的至少一个实施例的依据所公开的空间监视系统的曝光时间的MDT尺寸的图表；

图19B是根据本公开的至少一个实施例的依据所公开的空间监视系统的曝光时间的MDT绝对幅度的图表；

图19C是根据本公开的至少一个实施例的依据所公开的空间监视系统的曝光时间的成比例的噪音的图表；

图20A-D是根据本公开的至少一个实施例的示出了所公开的空间监视系统的示例扫描的图表。

具体实施方式

本文公开的方法和装置提供了用于超级对地静止地球轨道(super-GEO)轨道的自适应扫描速率空间监视传感器的可操作系统。此外，本文公开的方法和装置提供了为了改善空间监视的用于倾斜的super-GEO轨道的可操作系统。

如上文先前所述的，当前，步进凝视方法通常被用于空间监视的传感器所采用。步进凝视方法捕获具有少量重叠的一系列视场(FOV)，以监视较大的能视域(FOR)。重新定向传感器以指向下一个FOV位置并且在重新定向之后允许扰动以安放需要额外的时间。然而，以恒定的回转速率连续地跨能视域扫描的方法可以使得需要的该额外时间最小。使用恒定的回转速率可以导致在能视域的许多方面具有比要求的性能更好的性能，但是其也可以导致在其他方面的不足的性能，并且因此，恒定的回转速率可以导致远离最佳使用时间。

在一个或多个实施例中，本公开的系统提供了在super-GEO轨道内的卫星平台上的成像传感器，其光栅扫描空间的期望扇区。扫描速率响应于改变的指向几何构型而被调节，以提供依据一类目标的特征亮度的模型的期望的目标停留时间，该特征亮度依据感测和太阳照射几何构型。该模型可以包含如下因素：(a)到监视扇区的远侧的范围；(b)太阳相位角；以及(c)目标类特征尺寸和反射属性。监视扇区可以根据任务目标用不同的方式限定。一个示例是落入FOR内的所有深空间(Deep Space)区域。在此，深空间意指大于GEO半径(如，35786km)从5875千米(km)到数百km的区域。这是由具有在扇区位置处的顶点和由FOR限定的边缘的平行六面体与从半径5875km到近似36000km的球形壳的交集限定的体积。到该体积的远侧的范围将取决于FOR内的位置。

扫描速率廓线针对这些因素被优化以使监视周期时间最小，同时确保在所监视的空间扇区的所有期望部分处满足或超过目标性能目的。一群若干卫星中每个成员的监视轮廓被选择以最大化目标再访率并且使用每个卫星的观察几何构型的优点以覆盖其他卫星的弱点从而最好地消除覆盖间隙。

本公开的系统具有两个主要的新颖点。第一个主要的新颖点是一群卫星中每个卫星的监视扫描模式可以在卫星绕其轨道移动时被调节，从而最有效地使用每个卫星并且从而覆盖其他卫星中各卫星的弱点区域。该弱点区域与引起不良相位角的几何构型一起出现、与到监视的扇区的远侧处的目标相距长范围的几何构型一起出现、或者与使传感器指向接近亮源(如，太阳、地球或月亮)的几何构型一起出现。第二个主要新颖点是通过依据到待监视的扇区的最远部分的范围和太阳相位角而调节回转速率，监视周期时间可以被最小化，同时确保了在监视的空间扇区的多个部分处满足或超过目标性能目的。

通过使用每个卫星的观察几何构型的优点来覆盖其他卫星的弱点，一群若干卫星中每个成员的监视轮廓被选择以使目标再访率最大并且消除覆盖间隙。Super-GEO轨道内卫星上的成像传感器光栅扫描一部分空间。根据(a)到空间扇区的远侧的范围、(b)太阳相位角以及(c)要求被容易地探测到的小尺寸目标，调节扫描速率以提供期望的目标停留时间。针对这三个因素优化扫描速率廓线以最小化监视周期时间，同时确保满足或超过目标性能目的。

本公开的系统避免了浪费在容易探测到目标的指向的几何构型处的不必要的积分时间。通过连续地扫描，还避免了与步进凝视方法相关联的无价值的非成像时间，步进凝视方法必须在传感器被重新定向和扰动安放时停止成像。本公开的系统也解决了当卫星可能具有探测暗淡目标是困难或不可能的几何构型区域时的问题。当(a)太阳反射的部分光非常低(不良相位角)，(b)到将被监视的体积的远侧处的目标的范围是大的，和/或(c)指向接近亮源或直接指向亮源(如太阳、地球以及月亮)时，可以出现这些区域，所述亮源可以导致高背景光水平，从而减小目标与背景的对比度和噪音水平。本公开的系统针对一群卫星中的每个成员计划监视扫描模式，以最好地利用每个卫星的观察几何构型的优点来覆盖待监视的所有区域，进而使得目标再访率最大并且消除覆盖间隙。

应注意，在目标上的停留时间等于传感器的视场(FOV)除以扫描速率。探测性能随着停留时间的增加而改善。一般，探测性能由最小尺寸目标来描述，针对最小尺寸目标指定探测概率(MDT＝最小可探测目标，Pd＝探测概率)。探测性能针对更加暗淡的目标而被降低。目标亮度具有随范围的平方和太阳相位角(即，太阳到目标线和传感器到目标线之间的角度)减小的趋势。监视周期指的是对将被覆盖的空间的扇区所跨越的能视域进行一次完整光栅扫描所需要的时间。本公开的系统具有两个主要创新。第一，通过依据到将被监视的扇区的最远部分的范围来调整回转速率并且依据感测和太阳照射几何构型来调节目标亮度的模型，监视周期时间可以被最小化，同时确保在监视的空间扇区的所有期望部分处满足或超过目标性能目的。第二，当卫星绕其轨道移动时，调节一群卫星中每个卫星的监视扫描模式，以便最有效率地利用每个卫星以覆盖其他卫星中各卫星的弱点区域。

在一些实施例中，本公开的系统提供了一群倾斜的super-GEO卫星，其一起操作以监视深空间轨道域，深空间轨道域包含中地球轨道(MEO)、高倾斜轨道(HIO)、对地静止地球轨道(GEO)以及GEO-死亡轨道(Graveyard orbit)。倾斜的Super-GEO指的是具有显著高于GEO的高度并且具有相对于赤道平面的倾斜度的大致圆形轨道。处在相同的倾斜的super-GEO轨道内的一群卫星绕着该圆形被大致相等地间隔，该一群卫星几乎消除了与地球和太阳排除区域相关的任何性能间隙。地球和太阳排除区域指的是由于来自这些亮源的杂散光，单个传感器具有显著劣化的性能或者不能够执行操作的区域。在一些实施例中，本公开的系统使用倾斜的轨道以避免对准目标物体以与太阳或地球在一条线上的不良几何构型。倾斜的super-GEO轨道在传感器的轨道的部分期间将地球排除区域从GEO带中移开，传感器的轨道的所述部分是其他卫星覆盖难以进行的几何构型。

应注意，空间GEO带的监视是非常重要的。GEO带被宽松地认为包含具有0.99-1.01日的平均运动并且偏心度＜0.01日并且倾斜度达到～10度的轨道。在亚GEO轨道(即，低于GEO的轨道)内的传感器将倾向于不能被任何卫星观察到的太阳排除区域。太阳排除区域是GEO带上的某些位置，在这些位置处，(a)传感器必须面向接近太阳以观测，这导致了炫目的背景光，并且(b)被观察目标的侧面主要处于阴影中，没有被太阳照射，并且因此非常暗淡(不良的太阳相位角)。三个或更多个卫星的Super-GEO群避免了该问题，因为GEO带上的所有点将可被至少一个super-GEO卫星观察，所述至少一个super-GEO卫星具有不会面向太阳并且具有良好的太阳相位角的几何构型。

然而，对于super-GEO轨道，新的问题出现了，即地球排除。由于面向该带的最接近和最远部分的单个卫星要求接近地或者直接面向地球，因此导致强的背景光水平，这减小了对比度并且增加了噪音，并且显著降低了采集性能。每个单独卫星的地球排除可以被卫星群中的其他卫星中的一个覆盖。然而，由于零倾斜的super-GEO轨道，当一个卫星处于其轨道的所述部分时，在该部分中该卫星几乎在太阳和地球之间，其排除区域位于这样的位置，在该位置处，对于该轨道的远点处的具有空间态势感知(SSA)群位置的其他卫星具有不良相位角，进而难以实现良好的探测性能。这可以通过使用更大量的卫星来部分克服，但是这极大地增加了成本。另一个选项是倾斜轨道，使得当卫星离太阳最近和最远时距离赤道平面最远。足够大的倾斜度(如，大于(＞)10度)可以针对那些困难的几何构型将地球排除区域从GEO带移开。地球排除区域在轨道穿过赤道平面的部分期间将仍与GEO带对准，但是在这些点处，卫星群的其他卫星可以看到带的具有有利几何构型(如，良好的太阳相位角)的部分。

在以下描述中，阐述了数个细节以便提供该系统的更彻底的描述。然而，对本领域技术人员明显的是，公开的系统可以在没有这些特定细节的情况下被实践。在其他的实例中，公知的特征没有被详细地描述以免不必要地使该系统混淆。

本公开的实施例可以依据功能和/或逻辑组件和各种处理步骤在此描述。应该意识到，这些组件可以通过任何数量的硬件、软件和/或经配置以进行特定功能的固件组件来实现。例如，本公开的实施例可以采用各种集成电路组件(如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等)，其可以在处理器、微处理器或其他控制设备中的一个或多个的控制下完成各种功能。此外，本领域技术人员将意识到，本公开的实施例可以结合其他组件来实践，并且在此描述的该系统仅仅是本公开的一个示例实施例。

为了简洁，在此不再详细描述与用于空间监视的传感器相关的常规技术和组件，以及该系统的其他功能性方面(以及该系统的各操作组件)。而且，在本文包含的各附图中所示的连接线旨在表示各元件之间的示例功能性关系和/或物理耦连。应注意，许多可替换或额外的功能性关系或物理连接可以存在于本公开的实施例中。

图1A是根据本公开的至少一个实施例描绘了在太阳120和卫星140上传感器130之间的太阳相位角110的示意图，卫星140可以被用于所公开的用于空间监视的系统。在该附图中，super-GEO轨道内卫星140上的传感器130被示出为感测空间内的物体170。太阳相位角110被示为在太阳到物体线150和传感器到物体线160之间。

应注意，在传感器130的操作期间，传感器130对包含物体170的能视域(FOR)进行光栅扫描的扫描。扫描具有可变的速率，其取决于用于探测感兴趣目标(如，物体170)的目标停留时间。目标停留时间依据从传感器130到感兴趣目标170的范围，并且依据太阳相位角110。

在一个或多个实施例中，super-GEO轨道是在轨道周期的大部分持续时间中具有大于GEO半径的半径的轨道。Super-GEO包含两种轨道，即几乎圆形的轨道和椭圆形轨道，所述轨道具有大于GEO半径的远地点半径和在近地点附近可降至小于GEO高度的半径。Super-GEO包含具有接近零倾斜度的轨道和倾斜的轨道两者。

在本公开的一些实施例中，super-GEO轨道处于比GEO(如，1.2*35786km＝42900km)高近似百分之二十(20％)的高度。然而，应注意，super-GEO可以是高于GEO的任何轨道，其在轨道周期的大部分持续时间内具有比GEO更大的半径，例如是GEO的1.05倍大，是GEO的1.5倍大等。Super-GEO还包含椭圆轨道，其具有高于GEO的远地点半径和可以低于或高于GEO的近地点半径。

应注意，在一些实施例中，卫星140处于倾斜的super-GEO轨道内。相位角将随着在FOR内的位置而变化。这些变化的廓线将取决于轨道倾斜度和卫星在其轨道内的当前位置等原因。选择非零倾斜度可以有利地调节这些依存关系以使得作为一个系统的卫星群的性能最佳，从而在一个卫星的性能可能不良的空间和时间区域处，该系统内的另一个卫星具有良好的性能。

图1B是根据本公开的至少一个实施例显示了依据太阳相位角110(参考图1A)的由球体反射的光的相对量的图表180。在该图中，图表180的x轴表示太阳相位角110的度数，并且图表180的y轴表示由球体反射的光的相对量。因此，如图表180中所示，当太阳相位角110增加时，所反射的光的相对量减少。注意，现实中的物体的亮度具有由于其三维(3D)表面结构和表面材料的光学属性引起的更加复杂的依存关系；但是趋势是物体通常在较小的相位角处表现得更亮。

图2是根据本公开的至少一个实施例显示了可以由所公开的空间监视系统的传感器130(参考图1A)进行的示例性光栅扫描200的示意图。在该图中，示例性光栅扫描200被显示为包含13次扫掠。对于该示例性光栅扫描200，能视域(FOR)是115.7度(水平)乘82.9度(竖直)。并且，每个单个视场(FOV)210是2.35度(水平)乘5.73度(竖直)。对于该示例，在连续的扫掠之间具有0.218度的重叠，其等于95个像素。在进行220一次光栅扫描200的扫掠之后，反转下一次扫掠的方向，匹配期望的回转速率，并且传感器安放以准备下一次随后的扫掠。因此，如光栅扫描200中所示，光栅扫描200包括至少一次扫掠。在一个或多个实施例中，至少一次扫掠是连续扫掠。

图3A是根据本公开的至少一个实施例显示了可以被所公开的空间监视系统的传感器110(参考图1A)所采集的图像帧310的时间序列的示意图300。在该图中，图像帧310的时间序列被显示。在传感器110(参考图1A)的操作期间，在扫描期间，传感器110随时间采集图像帧310。在图3A中，图像帧310被示出以重叠。

图3B是根据本公开的至少一个实施例显示了扫描的面积的一系列条带320的示意图330。在传感器110(参考图1A)的处理期间，扫描的面积被分成一系列条带320。每个条带320被包含在X数量(如，8个)图像帧310(参考图3A)内。对于每个条带320，提取覆盖了条带320的来自图像帧310中的部分以合成模仿由凝视和分帧照相机采集的一堆帧310。

在传感器110的操作期间，在传感器110已经采集了图像帧310之后，传感器110比较图像帧310中至少一个的探测到的亮度水平与探测阈值。当图像帧310中至少一个的探测到的亮度水平超过了探测阈值时，传感器110确定感兴趣目标是存在的。而且，当图像帧310中至少一个的探测到的亮度水平没有超过探测阈值时，传感器110确定感兴趣目标是不存在的。

图4A是根据本公开的至少一个实施例示出了监视周期时间的图表400，所述监视周期时间依据用于所公开的空间监视系统的最佳时间变化回转速率的目的最小可探测目标(MDT)尺寸。在该图中，图表400的x轴以厘米(cm)表示目的MDT，并且图表400的y轴以分钟表示监视周期时间。

图4B是示出了依据针对恒定回转速率的目的MDT尺寸的监视周期时间的图表410。在该图中，图表410的x轴以厘米(cm)表示目的MDT，并且图表400的y轴以分钟表示监视周期时间。

在图表400和410中，曲线420表示总时间，并且曲线430表示非成像时间。非成像时间曲线430中的每个均表示传感器110在光栅扫描200(参考图2)的连续水平扫掠(参考图2以观察水平扫掠)之间反转方向并且安放所需要的时间的总量。

对于图表400和410，利用了40微弧度(μrad)的固定瞬时FOV(IFOV)和处于高于GEO轨道八(8)百万米(Mm)的super-GEO处的传感器的固定高度。曲线420和430通过利用传感器110的不同孔直径(如，25.0cm的孔尺寸被用于该构思)而变化。图表400和410显示了与使用恒定的回转速率相比，使用最佳回转速率显著减小了监视周期时间。例如，在二十五(25)厘米(cm)直径孔的情况下，九十(90)cm MDT处的监视周期时间被减小约两(2)分钟。

图5是根据本公开的至少一个实施例显示了监视周期时间的图表500，监视周期时间依据利用所公开的空间监视系统的最佳时间变化回转速率的针对不同传感器高度的目的MDT尺寸。在该图中，图表500的x轴以厘米(cm)表示目的MDT，并且图表500的y轴以分钟表示监视周期时间。对于图表500，利用了40微弧度(μrad)的固定瞬时FOV(IFOV)和传感器110(参考图1A)的25.0cm的固定孔尺寸。曲线510通过利用传感器110的不同高度而变化(如，8Mm处的super-GEO的高度被用于该构思)。

图6是根据本公开的至少一个实施例显示了监视周期时间的图表600，监视周期时间依据利用所公开的空间监视系统的最佳时间变化回转速率的不同瞬时视场(IFOV)的目的MDT尺寸。在该图中，Y轴比例与图5中的比例相同。同样在该图中，图表600的x轴以厘米(cm)表示目的MDT，并且图表600的y轴以分钟表示监视周期时间。对于图600，其利用了处于8Mm的super-GEO的传感器110(参考图1A)的固定高度和传感器110的25.0cm的固定孔尺寸。曲线610通过利用不同的IFOV(如，40μrad的IFOV被用于该构思)而变化。

图7A、7B以及7C根据本公开的至少一个实施例显示了所公开的空间监视系统的不同操作模式的示意图700、750、760。在这些图中，super-GEO轨道内卫星上的三个传感器A、B、C被示出在环绕地球710的轨道上运行。在这些图中，还示出深空间(DS)束缚轨道(5875千米(km))、地球排除区域以及GEO和死亡轨道。

图7A是根据本公开的至少一个实施例的用于操作模式O的所公开的空间监视系统的示意图700。在该图中，对于模式O，没有传感器A、B、C被示出位于在太阳740的西扇区720或东扇区730内。

图7B是根据本公开的至少一个实施例的用于操作模式W的所公开的空间监视系统的示意图750。在该图中，对于模式W，传感器A被示出位于太阳740的西扇区720内。

图7C是根据本公开的至少一个实施例的用于操作模式E的所公开的空间监视系统的示意图760。在该图中，对于模式E，传感器A被示出位于太阳740的东扇区730内。

图8A、8B、8C以及8D根据本公开的至少一个实施例显示了用于操作模式O的所公开的空间监视系统的示意图800、820、830以及840。在这些附图中，super-GEO轨道内的卫星上的三个传感器A、B、C被示出在环绕地球810的轨道上运行。在这些图中，还示出了深空间(DS)束缚轨道(5875千米(km))、地球排除区域以及GEO和死亡轨道。

图8A是根据本公开的至少一个实施例显示了复合覆盖850的用于操作模式O的所公开的空间监视系统的示意图800。该图显示了复合覆盖850面积，其包括来自传感器A、B、C的覆盖面积860、870、880(参考图8B、8C以及8D)。

在操作模式O期间，每个传感器A、B、C扫掠中心在传感器A、B、C的卫星的最低点上的115.7度乘82.9度(FOR)。扫掠的相位调节可以被选择以在传感器之间交错再访问并且使得最大再访问时间最小化。FOR覆盖(参考复合覆盖面积850)了倾斜度多达10度的GEO带的全部，除了地球排除间隙的中间内的10度乘19度开口。这对应于8544km高度的切线高。复合覆盖850覆盖了全部GEO带，进而在所有点处实现了目的MDT或者更好。复合覆盖850还覆盖了深空间(DS)的绝大部分(如，MEO、HIO以及高倾斜度GEO)。

图8B是根据本公开的至少一个实施例显示了传感器A的覆盖的用于操作模式O的所公开的空间监视系统的示意图820。该图显示了自传感器A的覆盖面积860。

图8C是根据本公开的至少一个实施例显示了传感器B的覆盖的用于操作模式O的所公开的空间监视系统的示意图830。该图显示了自传感器B的覆盖面积870。

图8D是根据本公开的至少一个实施例显示了传感器C的覆盖的用于操作模式O的所公开的空间监视系统的示意图840。该图显示了自传感器C的覆盖面积880。

图9是根据本公开的至少一个实施例显示了传感器A的覆盖的用于操作模式W或E的所公开的空间监视系统的示意图900。在该图中，super-GEO轨道内卫星上三个传感器A、B、C被示出在环绕地球910的轨道上运行。传感器A被示出为位于太阳940的西扇区920内，并且被示出为具有覆盖面积960。该图显示了当传感器位于太阳的西扇区或东扇区内时(如，传感器A位于太阳940的西扇区920内)，其它传感器(如，传感器B和C)都具有覆盖指示的区域950内的地球排除间隙的不良的太阳相位角。

图10是根据本公开的至少一个实施例显示了传感器A和传感器C的覆盖的用于操作模式W或E的所公开的空间监视系统的示意图。对于传感器A，覆盖地球排除间隙(即，指示的区域950)的解决方法是使用来自具有最佳太阳相位角的传感器的覆盖面积。在该示例中，传感器C具有最佳太阳相位角。传感器C正好监视指示的区域950。这允许传感器C使用更长的积分时间和更多的图像帧来实现指示的区域950的小MDT。

图11A、11B、11C以及11D根据本公开的至少一个实施例显示了用于操作模式W或E的所公开的空间监视系统的示意图1100、1120、1130、1140。在这些图中，super-GEO轨道内卫星上的三个传感器A、B、C被示出为在环绕地球1110的轨道上运行。在这些图中，还示出了深空间(DS)束缚轨道(5875千米(km))、地球排除区域以及GEO和死亡轨道。

图11A是根据本公开的至少一个实施例显示了复合覆盖的操作模式W或E的所公开的空间监视系统的示意图1100。该图显示了复合覆盖1150面积，该复合覆盖1150面积包括来自传感器A、B、C的覆盖面积1160、1170、1180(参考图11B、11C以及图11D)。在该图中，因为传感器A被示出为在太阳1195的西扇区1190内，所以在操作期间利用模式W。

在模式W的操作期间，传感器A(其在太阳1195的西扇区1190内)和传感器B(其离太阳1195最远)通过对中心在最低点的115.7度乘82.9度(FOR)进行扫掠而操作在模式O中(其在上文被描述在图8A的说明中)。传感器C限制了其监视FOR以覆盖传感器A的地球排除间隙。传感器C使用更长的积分时间和更多的图像帧以实现小MDT。

应注意，如果传感器位于太阳1195的东扇区1192中，则在操作期间利用模式E。类似于模式W地进行模式E，除了模式E与模式W对称相反地执行以外。

图11B是根据本公开的至少一个实施例显示了传感器A的覆盖的用于操作模式W或E的所公开的空间监视系统的示意图1120。该图显示了来自传感器A的覆盖面积1160。

图11C是根据本公开的至少一个实施例显示了传感器B的覆盖的用于操作模式W或E的所公开的空间监视系统的示意图1130。该图显示了来自传感器B的覆盖面积1170。

图11D是根据本公开的至少一个实施例显示了传感器C的覆盖的用于操作模式W或E的所公开的空间监视系统的示意图1140。该图显示了来自传感器C的覆盖面积1180。

图12A是根据本公开的至少一个实施例显示了传感器A的覆盖的用于操作模式W或E的所公开的空间监视系统的示意图1200。在该图中，super-GEO轨道内的卫星上的三个传感器A、B、C被示出为在环绕地球1210的轨道上运行。在该图中，传感器A被示出为位于太阳1240的西扇区1220内并且被示出为具有覆盖面积1260。该图显示了当传感器位于太阳的西扇区或东扇区(如，传感器A位于太阳1240的西扇区1220内)时，其他传感器(如，传感器B和C)都具有用于覆盖指示的区域1250内的地球排除间隙的不良的太阳相位角。

图12B是根据本公开的至少一个实施例显示了当采用倾斜轨道时传感器A的覆盖的用于操作模式W或E的所公开的空间监视系统的示意图1270。在该图中，传感器A、B、C在倾斜的super-GEO轨道内的卫星上。倾斜轨道将用于最困难的几何构型的排除区域1275从GEO带中移开。倾斜的轴线被选择以便当传感器(如传感器A)在轨道最接近太阳1240和最远离太阳1240的部分处时，排除区域1275离GEO带最远。

图12C是根据本公开的至少一个实施例显示了当采用倾斜的轨道时传感器A的覆盖的用于操作模式O的所公开的空间监视系统的示意图1280。在该图中，传感器A、B、C在倾斜的super-GEO轨道内的卫星上。当传感器(如传感器A)位于super-GEO轨道的离太阳最近点和最远点之间的部分处时，其排除区域1282、1285将开始于GEO带重叠。然而，由于这种几何构型，其他的传感器(如，传感器B和C)将具有有利的太阳相位角。

图13是根据本公开的至少一个实施例描绘了所公开的用于空间监视的方法1300的流程图。在方法1300的开始1310时，super-GEO轨道内的卫星上的至少一个传感器对能视域(FOR)1320进行光栅扫描的扫描。在一个或多个实施例中，该扫描具有可变速率，其取决于用于探测感兴趣目标的目标停留时间。在至少一个实施例中，目标停留时间依据从至少一个传感器到感兴趣目标的范围并且依据太阳相位角。在扫描期间，至少一个传感器随时间采集图像帧1330。在一个或多个实施例中，图像帧重叠。

然后，至少一个传感器比较图像帧中至少一个的探测的亮度水平与探测阈值1340。当针对图像帧中的至少一个的探测的亮度水平超过探测阈值时，至少一个传感器确定感兴趣目标存在1350。同样，当针对图像帧中的至少一个的探测的亮度水平没有超过探测阈值时，至少一个传感器确定感兴趣目标不存在1360。然后，方法1300结束1370。

图14是根据本公开的至少一个实施例描绘了采用倾斜的轨道的所公开的用于空间监视的方法1400的流程图。在方法1400的开始1410时，倾斜的super-GEO轨道内的卫星上的至少一个传感器对能视域(FOR)进行光栅扫描的扫描1420。在一个或多个实施例中，扫描具有可变速率，其取决于用于探测感兴趣目标的目标停留时间。在至少一个实施例中，目标停留时间依据从至少一个传感器到感兴趣目标的范围，并且依据太阳相位角。在一个或多个实施例中，倾斜的super-GEO轨道的倾斜的轴线是椭圆的，使得其远地点高于GEO半径并且其近地点低于或高于GEO半径，但是使得对于卫星的轨道周期的大部分时间处于高于GEO的半径。

在扫描期间，至少一个传感器随时间采集图像帧1430。在一个或多个实施例中，图像帧重叠。

然后，至少一个传感器比较图像帧中的至少一个的探测的亮度水平与探测阈值1440。当针对图像帧中至少一个的探测的亮度水平超过探测阈值时，至少一个传感器确定感兴趣目标存在1450。同样，当针对图像帧中至少一个的探测的亮度水平没有超过探测阈值时，至少一个传感器确定感兴趣目标不存在1460。然后，方法1400结束1470。

图15根据本公开的至少一个实施例显示了可以被所公开的空间监视系统采用的MDT模型的示例公式。在该图中，显示了阈值与噪音比(TNR)(如，探测阈值)的公式1500，像素电子数(d)的公式1510，以及单帧内探测到目标的概率(Pz)的公式1520。关于该MDT模型，解决了可实现期望的Pz(在单帧内探测到目标的概率)的目标信号水平S。

图16根据本公开的至少一个实施例显示了可以被所公开的空间监视系统采用的多像素条纹MDT模型的示例公式。在该图中，显示了像素电子数(d)的公式1510和在单帧内探测到目标的概率(Pz)的公式1520。此外，还有在条纹内探测到目标的概率(P_D)的公式1600以及采集的概率(P_C)(被限定为在N幅图像帧中的至少M幅图像帧中探测到目标)的公式1610。

图17A根据本公开的至少一个实施例显示了可以被所公开的空间监视系统所采用的示例传感器1710的示意图1700。传感器1710具有三镜散光性并且具有等于23.4cm直径的圆的孔面积。

传感器1710可以处理8分之5(5-of-8)条纹恒定误报率(CFAR)FPMLD。探测阈值被设定以提供等于95％的P_D，其中条纹长度上至2.5像素。探测性能分析通过锚固到高保真度传感器模拟和探测算法(即，空间发射)的模型而进行。

图17B根据本公开的至少一个实施例显示了图17A的示例性传感器1710的侧视图1720。

图18是根据本公开的至少一个实施例描绘了所公开的空间监视系统的示例回转速率廓线的示意图1800。在该图中，图表1800的x轴以度数(deg)表示FOR扫描角度，并且图表1800的y轴表示每秒的度数(deg/sec)。在该图表1800中，每个曲线表示光栅扫描的扫掠中的一次扫掠(参考图2中的光栅扫描200)。

图19A是根据本公开的至少一个实施例的依据曝光时间使用用于所公开的空间监视系统的图17A中的传感器1710的MDT尺寸的图表1900。在该图中，图表1900的x轴以秒(sec)表示曝光时间，并且图表1900的y轴以厘米(cm)表示MDT。因此，如图表1900所示，当曝光时间增加时，MDT尺寸减小。

图19B是根据本公开的至少一个实施例的依据曝光时间的使用用于所公开的空间监视系统的图17A中的传感器1710的MDT绝对幅度的图表1910。在该图中，图表1910的x轴以秒(sec)表示曝光时间，并且图表1910的y轴表示MDT绝对幅度(Mv)。因此，如图表1910所示，当曝光时间增加时，MDT绝对幅度增加。

图19C是根据本公开的至少一个实施例的依据曝光时间的使用用于所公开的空间监视系统的图17A中的传感器1710的成比例的噪音的图表1920。在该图中，图表1920的x轴以秒(sec)表示曝光时间，并且图表1920的y轴表示成比例的噪音(pe-/曝光)。因此，如图表1920所示，在约1秒已经过去后当曝光时间增加时，成比例的噪音增加。

图20A-D是根据本公开的至少一个实施例显示了所公开的空间监视系统的示例扫描的图表。特别地，这些图都显示了在环绕地球2010的轨道上运行的super-GEO内的卫星上的传感器2000的示例性FOR扫描几何构型的不同视图。在这些图中，x轴、y轴以及z轴都表示单位为百万米(Mm)的距离。注意，这些示意图描绘了被限定为大于GEO半径数百km的球体内的空间体积的特定监视扇区的监视。扇区的远侧的范围(即，与球体侧相对的范围)依据FOR内指向角度而变化。

尽管已经显示和描述了特定的实施例，但是应该理解，上述论述不旨在限制这些实施例的范围。虽然在此已经公开并且描述了本发明的许多方面的实施例和变体，但是提供这种公开的目的仅在于解释和说明。因此，可以做出各种改变和修改而又不背离权利要求的范围。

例如，虽然某些实施例被描述为形式为嵌入在非临时计算机可读介质中的计算机程序产品(如，软件产品)的产品，但是实施例也可以涉及形式为可被个人和企业以及政府机构消费的有形商品或服务的产品。

如进一步示例，实施例可以涉及为独立应用的传感器应用，其可以包含一个或多个程序，或者成为另一系统或程序的一部分。

虽然上述方法指示某些事件以某些顺序发生，但是已经受益于本公开的本领域普通技术人员将会认识到，该顺序可以被修改并且这种修改符合本公开的变化。此外，当可能时，方法的各部分可以通过并行处理而被同时进行，以及按顺序进行。此外，该方法的更多部分或更少部分可以被进行。

因此，实施例旨在举例说明可以落入权利要求范围内的替换、修改以及等同物。

进一步地，本公开包括根据以下条款所述的实施例：

条款1.一种用于空间监视的方法，所述方法包括：

通过倾斜的超级对地静止地球轨道(super-GEO)(2010)内的至少一个卫星(140)上的至少一个传感器(130)对能视域(FOR)进行光栅扫描的扫描(1320)，

其中所述扫描具有可变速率，其取决于用于探测感兴趣目标的目标停留时间，

其中所述目标停留时间依据所述目标的特征亮度。

条款2.根据条款1所述的方法，其中所述倾斜的super-GEO(2010)的倾斜的轴线被选择以使得由于地球排除导致的性能劣化最小。

条款3.根据条款1所述的方法，其中所述目标停留时间进一步依据从所述至少一个传感器到所述感兴趣目标的范围并且依据太阳相位角(110)。

条款4.根据条款1所述的方法，其中所述光栅扫描包括至少一次扫掠。

条款5.根据条款4所述的方法，其中所述至少一次扫掠是连续扫掠。

条款6.根据条款1所述的方法，其中所述至少一个传感器的所述能视域(FOR)(1320)依据太阳和所述至少一个卫星之间的几何构型并且依据所述至少一个卫星正指向的角度。

条款7.根据条款1所述的方法，其中所述方法进一步包括，在所述扫描期间，由所述至少一个传感器随着时间采集图像帧。

条款8.根据条款7所述的方法，其中所述图像帧重叠。

条款9.根据条款1所述的方法，其中super-GEO是这样一种轨道，该轨道具有的半径在轨道周期的大部分持续时间中大于对地静止地球轨道(GEO)半径。

条款10.根据条款1所述的方法，其中所述光栅扫描所需要的时间取决于所述至少一个传感器的孔直径和所述目标停留时间。

条款11.根据条款10所述的方法，其中所述光栅扫描需要的所述时间进一步取决于所述至少一个传感器的高度。

条款12.根据条款11所述的方法，其中所述光栅扫描需要的所述时间进一步取决于所述至少一个传感器的瞬时视场(IFOV)。

条款13.根据条款7所述的方法，其中所述方法进一步包括比较所述图像帧中至少一个内的探测的亮度水平与探测阈值。

条款14.根据条款13所述的方法，其中该方法进一步包括当所述图像帧中至少一个内的所述探测的亮度水平超过所述探测阈值时，确定所述感兴趣目标存在。

条款15.根据条款13所述的方法，其中所述方法进一步包括当所述图像帧中至少一个内的所述探测的亮度水平没有超过所述探测阈值时，确定所述感兴趣目标不存在。

条款16.根据条款1所述的方法，其中当存在两个或更多个卫星时，该方法进一步包括至少一个所述卫星扫描期望的扫描面积的至少一部分，在所述期望的扫描面积中，其他的所述卫星中的至少一个的至少一个所述传感器具有低性能。

条款17.一种用于空间监视的系统，该系统包括：

倾斜的超级对地静止地球轨道(super-GEO)(2010)内的至少一个卫星(140)；以及

所述至少一个卫星(140)上的至少一个传感器(130)对能视域(FOR)进行光栅扫描的扫描(1320)，

其中所述扫描具有可变速率，其取决于用于探测感兴趣目标的目标停留时间，

其中所述目标停留时间依据所述目标的特征亮度。

条款18.根据条款17所述的系统，其中所述倾斜的super-GEO(2010)的倾斜的轴线被选择以使得由于地球排除导致的性能劣化最小。

条款19.根据条款17所述的系统，其中所述目标停留时间进一步依据从所述至少一个传感器(130)到所述感兴趣目标的范围并且依据太阳相位角(110)。

条款20.根据条款17所述的系统，其中所述光栅扫描包括至少一次扫掠。

尽管已经显示和描述了特定的实施例，但是应该理解，上述论述不旨在限制这些实施例的范围。虽然在此已经公开并且描述了本发明的许多方面的实施例和变体，但是提供这种公开的目的仅在于解释和说明。因此，可以做出各种改变和修改而不背离权利要求的范围。

例如，虽然某些实施例被描述为形式为嵌入在非临时计算机可读介质的计算机程序产品(如，软件产品)的产品，但是实施例也可以涉及形式为可被个人和企业以及政府机构消费的有形商品或服务的产品。

如进一步的示例，实施例可以涉及为独立应用的传感器应用，其可以包含一个或多个程序，或者成为另一系统或程序的一部分。

虽然上述方法指示某些事件以某些顺序发生，但是已经受益于本公开的本领域普通技术人员将会认识到该顺序可以被修改并且这种修改符合本公开的变化。此外，当可能时，方法的各部分可以通过并行处理而被同时进行，以及按顺序进行。此外，该方法的更多部分或更少部分可以被进行。

因此，实施例旨在举例说明可以落入权利要求范围内的替换、修改以及等同物。

尽管在此已经描述了某些说明性实施例和方法，但是根据前述公开内容，对于本领域技术人员明显的是，所述实施例和方法的变体和修改可以被提供而不背离所公开领域的实际精神和范围。所公开领域的许多其他示例中的每个仅仅在细节内容与其他示例不同。因此，意图在于将所公开领域只限制到由所附权利要求以及可用法律的规则和原理所要求的范围。