空間目標(biāo)觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡檢測(cè)跟蹤技術(shù)研究.pdf

1、隨著空間技術(shù)的快速發(fā)展和人類(lèi)探索太空步伐的加快，越來(lái)越多的空間目標(biāo)被送入太空，地球外層空間正逐漸演變成新的軍事斗爭(zhēng)之地。在這種新的斗爭(zhēng)形勢(shì)下，能否對(duì)太空進(jìn)行有效地控制決定著國(guó)家的軍事力量和國(guó)防安全。因此，對(duì)空間目標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究具有重大的軍事意義?？臻g目標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要的任務(wù)是對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、跟蹤和識(shí)別以及確定目標(biāo)類(lèi)型、大小和軌跡等特性，它是進(jìn)入、了解和控制地球外層空間的基礎(chǔ)，在未來(lái)的空間攻防戰(zhàn)中將起到關(guān)鍵性的作用。
　

2、　針對(duì)復(fù)雜星空背景下的空間目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤需求，論文圍繞空間目標(biāo)檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)、望遠(yuǎn)鏡指向定位、星空背景下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤等重點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題，開(kāi)展了系統(tǒng)深入地研究工作。論文主要工作如下：
　　首先，針對(duì)現(xiàn)有天文觀測(cè)設(shè)備不滿(mǎn)足空間目標(biāo)全自動(dòng)觀測(cè)要求的問(wèn)題，本文從理論上設(shè)計(jì)了一套全自動(dòng)空間目標(biāo)檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)在現(xiàn)有天文觀測(cè)設(shè)備的基礎(chǔ)上加入了計(jì)算機(jī)控制、CCD圖像獲取和相關(guān)的適配轉(zhuǎn)接設(shè)備等，形成觀測(cè)和控制協(xié)同的反饋系統(tǒng)。系統(tǒng)利用大

3、視場(chǎng)相機(jī)擴(kuò)大觀測(cè)范圍，以便于望遠(yuǎn)鏡指向定位和空間目標(biāo)檢測(cè)；利用小視場(chǎng)相機(jī)觀測(cè)目標(biāo)以獲得目標(biāo)輪廓、灰度和尺寸等特征信息，便于對(duì)目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)跟蹤。另外，本文給出了系統(tǒng)的硬件連接和軟件設(shè)計(jì)方案，并分析了技術(shù)難點(diǎn)。
　　其次，針對(duì)當(dāng)前望遠(yuǎn)鏡手動(dòng)指向定位存在人為誤差和過(guò)程繁瑣問(wèn)題，本文提出了基于星圖匹配和相機(jī)姿態(tài)解算的望遠(yuǎn)鏡指向自動(dòng)定位算法。該算法首先利用星圖匹配算法提取出星圖中的導(dǎo)航恒星，并確定導(dǎo)航恒星的天球坐標(biāo)；然后將導(dǎo)航恒星的天球坐標(biāo)

4、轉(zhuǎn)換成地平坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；最后利用相機(jī)姿態(tài)解算模型得到相機(jī)的瞬時(shí)指向。本文利用仿真星圖對(duì)提出的算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了算法的精度和有效性。
　　然后，針對(duì)空間小目標(biāo)的暗弱特性和空間環(huán)境背景干擾以及CCD成像噪聲等情況，本文提出了星空背景下基于VIBE背景建模算法的空間弱小目標(biāo)檢測(cè)和軌跡判決算法。該算法首先利用點(diǎn)目標(biāo)增強(qiáng)和背景抑制算法對(duì)星圖中的暗弱目標(biāo)進(jìn)行增強(qiáng)， 然后利用VIBE背景建模算法檢測(cè)運(yùn)動(dòng)小目標(biāo)前景，最后利用空間目

5、標(biāo)提取和軌跡判別算法提取出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡。實(shí)驗(yàn)表明，與原始VIBE算法相比，本文提出的算法能有效地檢測(cè)星圖中的暗弱運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，且能提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
　　最后，針對(duì)大、小視場(chǎng)切換過(guò)程中目標(biāo)持續(xù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致目標(biāo)丟失和小視場(chǎng)下空間目標(biāo)旋轉(zhuǎn)、邊緣輪廓和灰度變化較大難以持續(xù)跟蹤等問(wèn)題，本文研究了基于卡爾曼濾波的目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)算法和基于KCF的多尺度目標(biāo)跟蹤算法。在大、小視場(chǎng)切換過(guò)程中，望遠(yuǎn)鏡調(diào)整指向的同時(shí)目標(biāo)也一直在運(yùn)動(dòng)，為了避免目標(biāo)丟失，