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基于深度神经网络和光度序列数据的卫星平台分类识别方法

陈浩 刘通 张延鑫

陈浩,刘通,张延鑫. 基于深度神经网络和光度序列数据的卫星平台分类识别方法[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(7):2425-2433
引用本文: 陈浩,刘通,张延鑫. 基于深度神经网络和光度序列数据的卫星平台分类识别方法[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(7):2425-2433
Chen H,Liu T,Zhang Y X. Satellite platform classification method based on deep neural network using photometric data[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(7):2425-2433 (in Chinese)
Citation: Chen H,Liu T,Zhang Y X. Satellite platform classification method based on deep neural network using photometric data[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(7):2425-2433 (in Chinese)

基于深度神经网络和光度序列数据的卫星平台分类识别方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2024.0319
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:zyx_sd@163.com

  • 中图分类号: P171.3

Satellite platform classification method based on deep neural network using photometric data

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  • 摘要:

    空间目标的光度序列数据与目标的形状、尺寸、材质和运动等特性信息紧密相关,为利用光度序列数据反演卫星平台的类别,提出基于深度神经网络和光度序列数据的卫星平台分类识别方法。对用于神经网络训练的光度序列数据进行了距离修正、相位角修正、平滑滤波和插值等预处理分析。构建了可以同时提取空间目标时序特征和空间特征的卷积长短时记忆网络,该网络对火箭、铱星、GlobalStar卫星和空间碎片4类目标分类的平均准确率为73.80%,优于卷积神经网络的平均值70.43%。仿真了白云卫星平台(WC)、气象卫星计划平台(DMSP)、未来成像卫星平台(FIA)、空间态势感知计划卫星平台(GSSAP)等7类卫星平台的光度序列数据,并进行深度神经网络扩展验证,得到的卫星平台分类准确率大幅度提升至超过90%。

     

  • 图 1  用于卫星平台分类的卷积循环神经网络

    Figure 1.  Constructed convolutional recurrent neural network for satellite platform classificaiton

    图 2  用于卫星平台分类的CNN

    Figure 2.  CNN for satellite platform classificaiton

    图 3  对MMT系统实测光度序列数据的预处理过程

    Figure 3.  Preprocess steps for measured photometric data of MMT system

    图 4  预处理过程对原始数据MMT系统实测光度序列的结果

    Figure 4.  Results of each preprocessing steps for original measured photometric data of MMT system

    图 5  卷积循环神经网络训练过程

    Figure 5.  Training process of convolutional recurrent neural network

    图 6  卷积循环神经网络测试结果

    Figure 6.  Test results of convolutional recurrent neural network

    图 7  CNN构建训练过程

    Figure 7.  Training process of CNN

    图 8  CNN测试结果

    Figure 8.  Test results of CNN

    表  1  4类目标基本情况

    Table  1.   Basic information of four classes of objects

    目标种类 目标示意图 说明
    火箭残骸 猎鹰9号,1281弧段
    铱星 3509弧段
    GlobalStar卫星 3451弧段
    空间碎片 3464弧段
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    表  2  卷积循环神经网络某次训练后测试结果的召回率

    Table  2.   Recall rate of test results after a training epoch of convolutional recurrent neural network

    类别 召回率/%
    空间碎片 68.18
    铱星 64.09
    火箭残骸 99.09
    GlobalStar 61.82
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    表  3  卷积循环神经网络10次训练的准确率结果

    Table  3.   Model accuracy of 10 training epochs of recurrent neural network

    训练次数迭代次数模型准确率/%
    120073.56
    220074.09
    320074.55
    420072.80
    520073.67
    620074.51
    720072.80
    820073.71
    920073.86
    1020074.47
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    表  4  各类别的召回率

    Table  4.   Recall rates by category

    类别 召回率/% 类别 召回率/%
    碎片 47 火箭残骸 98
    铱星 54 全球星 75
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    表  5  CNN的准确率

    Table  5.   Accuracy of CNN

    训练次数迭代次数准确率/%
    120071.40
    220069.02
    320071.52
    420070.53
    520072.27
    620069.81
    720068.11
    820070.45
    920070.98
    1020070.23
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    表  6  各类平台对应的卫星Norad编号

    Table  6.   Norad ID of each satellite platform

    卫星平台 目标数量/根 Norad编号
    WC[18] 12 387583738631701285373877340981420654205840964317082854137391
    FIA[19] 5 3810939462371624133443145
    STSS[20] 3 359373593834903
    DMSP[21] 5 2805424753259912952235951
    GSSAP[22] 4 40100417444009941745
    WGS[23] 6 380704187944071347133225842075
    TDRS[24] 3 263882361319883
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    表  7  仿真选取的测站坐标

    Table  7.   Coordinate of simulated station

    名称 东经度/(°) 北纬度/(°) 高程/m
    测站1 41.43 43.64 2000
    测站2 102.79 25.03 1000
    测站3 121.19 31.09 100
    测站4 97.41 22.92 600
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    表  8  训练样本和测试样本数量

    Table  8.   Number of training samples and test samples

    种类 训练样本个数 测试样本个数 样本总个数
    WC[18] 3210 754 3964
    DMSP[21] 3190 842 4032
    FIA[19] 5380 1406 6786
    GSSAP[22] 6322 1599 7921
    STSS[20] 2782 641 3423
    TDRS[24] 5554 1410 6964
    WGS[23] 7605 1850 9455
    RB 3762 950 4712
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    表  9  基于训练好的各类模型的测试准确率

    Table  9.   Test accuracy of each trained models

    神经网络模型 模型验证准确率/% 仿真样本测试准确率/%
    CNN 88.97 93.50
    卷积循环神经网络 92.88 95.89
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    表  10  各类平台分类的召回率

    Table  10.   Classification recall rate of each class of satellite platform

    平台类别 CNN 卷积循环神经网络
    WC[18] 0.7731 0.8332
    DMSP[21] 0.9694 0.9592
    FIA[19] 0.8341 0.8901
    GSSAP[22] 0.9894 0.9813
    STSS[20] 0.7329 0.8767
    TDRS[24] 0.9365 0.9875
    WGS[23] 0.9800 0.9888
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-05-13
  • 录用日期:  2024-09-25
  • 网络出版日期:  2024-09-29
  • 整期出版日期:  2026-07-31

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