CN106646454A - 一种天基告警监视***的目标快速搜索识别方法 - Google Patents

一种天基告警监视***的目标快速搜索识别方法 Download PDF

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江利中
李雁斌
胡鑫
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Abstract

本发明公开了一种天基告警监视***的目标快速搜索识别方法，包含如下步骤：S1，在空间内利用光学相机进行视场扫描得到告警图像；S2，对获得的告警图像进行预处理，利用卷积模板获取星点质心位置和图像星点位置，根据星点质心的相对位置进行星图匹配，匹配完成后得到当前光轴的指向相位；S3，根据所述的当前光轴的指向相位计算出当前图像内应该成像的恒星位置，将图像星点位置与恒星位置进行对比，若星点不在星标的恒星位置上，则发现目标获取其角度信息；S4，微波雷达对探测的目标进行虚假确认，测定真实目标的距离和速度信息。

Description

一种天基告警监视***的目标快速搜索识别方法
技术领域
本发明特别涉及一种天基告警监视***的目标快速搜索识别方法。
背景技术
天基告警监视***针对空间飞行器周围大范围空域的威胁目标进行快速搜索识别，获取威胁目标的相对距离、视线角度和相对速度信息，实现空间飞行器的防撞预警功能。目前，天基告警监视技术还处于技术开发及试用验证阶段，主要是采用微波或光学探测设备。微波雷达具备测距测速高精度、全天候工作能力，但无法实现快速扫描及高分辨成像；光学探测设备具有测角高精度特点，但无法给出距离及速度信息，且在空间应用中，由于背景星体多，太阳光照影响大，对目标处理确认时间长。因此，本发明提出一种相控阵雷达与光学复合的天基告警监视体制，设计一套微波光学融合的目标搜索、确认、识别策略，解决空间告警监视***的快速搜索和识别确认问题。
通过专利检索，共检索出相关发明专利5项，其中《基于雷达回波特征的铁路路障检测与告警方法及装置》(专利申请号：201210566891.8专利公开号：CN103033808)是属于智能交通管理技术领域，其告警方法采用的是基于雷达回波特征的方法，通过将实时毫米波雷达回波特征与历史统计回波特征进行比对，实现对铁路路障的全天候探测与告警。《方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容方法及***》(专利申请号：201410111837.3专利公开号：CN103869309)属于相控阵雷达技术领域，其目标监视采用的是方位旋转相控阵雷达目标监视，用来实现气象探测。这两篇专利是应用雷达进行目标监视探测，其方向与本专利的研究内容并不相同。《一种基于雷达告警态势图显示的目标综合参数跟踪测量方法》(专利申请号：201410407365.6专利公开号CN104166137)涉及光电技术领域，其目标跟踪测量方法是通过可见光来被动发现目标，再采用雷达进行目标的跟踪测量，这种方法是应用于小型船只、舰船等民用探测设备，是一种被动测量装置，发现目标不够快速，与本发明应用到空间中的方法并不相同。《一种光学与毫米波雷达共孔径复合探测***》(专利申请号：201410796336.3专利公开号：CN104502909)涉及光学与毫米波雷达共孔径复合探测***，属于光学与雷达探测技术的交叉领域，是对光学与毫米波共孔径复合***的一个创新，而本发明的创新点在于光学和微波复合进行目标快速扫描识别的一种策略方法，二者并不相同。《用于空间光学相机的无地面控制点定位方法和装置》(专利申请号：201510394011专利公开号：CN105157700)是关于空间光学相机的无地面控制点的定位方法，仅是光学相机方面，与本专利相关度不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种天基告警监视***的目标快速搜索识别方法，对空间飞行器周围远距离、大范围空域可能出现的威胁目标进行快速搜索捕获，并对视场范围内的威胁目标进行自主测量和运动轨迹拟合，将测量数据提供给卫星***进行目标识别分析、预警判断和防撞规避。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种天基告警监视***的目标快速搜索识别方法，其特点是，该方法包含如下步骤：
S1，在空间内利用光学相机进行视场扫描得到告警图像；
S2，对获得的告警图像进行预处理，利用卷积模板获取星点质心位置和图像星点位置，根据星点质心的相对位置进行星图匹配，匹配完成后得到当前光轴的指向相位；
S3，根据所述的当前光轴的指向相位计算出当前图像内应该成像的恒星位置，将图像星点位置与恒星位置进行对比，若星点不在星标的恒星位置上，则发现目标获取其角度信息；
S4，微波雷达对探测的目标进行虚假确认，测定真实目标的距离和速度信息。
所述的步骤S4后还包含：
S5，在下一轮全域搜索过程中，利用已确认目标的运动信息建立航迹，通过航迹外推、分时多波束持续跟踪定位，同时搜索新的威胁目标，并将信息实时提供给空间飞行器。
所述的步骤S3中发现目标后将得到的目标进行标记为第一目标～第N目标。
所述的步骤S4中需要剔除虚假目标。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.空间告警监视***结合光学相机和相控阵雷达，相对于微波雷达独立工作，具有快速的空间非合作目标搜捕能力。
2.光学相机采用的是宽视场监视相机，可以对大范围、远距离的视场范围直接快速搜索识别目标。
3.光学相机扫描得到告警图像后，利用星图匹配进行背景剔除，采用智能变增益技术，可以减少无效计算处理的消耗。
4.光学相机测得目标角度信息后引导相控阵雷达进行目标距离、速度判定，提高目标检测的准确率。
5.光学相机和微波雷达联合工作，可以快速搜索识别到目标，得到目标角度、距离、速度等高精度参数，达到快速准确的告警目的。
附图说明
图1为80°×160°的告警视场示意图；
图2为光学相机得到告警图像，经过星图匹配后得到的示意图；
图3为本发明天基告警监视***的目标快速搜索识别方法的流程图；
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
本发明是空间告警监视***结合光学***和微波***联合工作，进行目标的快速扫描识别，其具体的实施方式如下：
如图3所示，一种天基告警监视***的目标快速搜索识别方法，包含如下步骤：
S1，在空间内利用光学相机进行视场扫描，视场范围如图1所示，告警视场为80°×160°，考虑在轨太阳光照的防护，以40°×20°视场的一体式小型化产品为基础，视场拼接为80°×20°，以单步进18°，9个步进实现告警视场全覆盖，得到告警图像，对图像中的目标进行背景剔除分析；
S2，对获得的告警图像进行预处理，利用卷积模板获取星点质心位置和图像星点位置，根据星点质心的相对位置进行星图匹配，匹配完成后得到当前光轴的指向相位；
S3，根据所述的当前光轴的指向相位计算出当前图像内应该成像的恒星位置，将图像星点位置与恒星位置进行对比，若星点不在星标的恒星位置上，则发现目标获取其角度信息，发现目标后将得到的目标进行标记为第一目标～第N目标(N≥1)；
S4，光学相机经过星图匹配后得到第一目标～第N目标后，微波雷达对探测的目标进行虚假确认，剔除虚假目标，测定真实目标的距离和速度信息。
在具体实施例中，上述的步骤S4后还包含：S5，在下一轮全域搜索过程中，利用已确认目标的运动信息建立航迹，通过航迹外推、分时多波束持续跟踪定位，同时搜索新的威胁目标，并将信息实时提供给空间飞行器。
具体的，首先利用光学相机进行大范围的视场扫描，例如，在一个方位角为-40°～40°，俯仰角为-80°～80°，距离为200km的大范围告警视场中，考虑到在轨太阳光照的防护，以40°×20°的视场小型化产品为基础，视场拼接为80°×20°，如图1，实现告警视场的全覆盖，其中设定▲为设定目标，△为恒星或其他物体。
设定在视场范围内有一目标位于(-10°,-35°)，在告警背景中发现不止一个亮点，利用星图匹配对亮点进行背景剔除，为了提高捕获概率，采用智能变增益技术，在目标捕获后，若真实星等比较高，则可以降低相机探测灵敏度，便可以减少无效计算处理的消耗，增大目标探测的区域。经过星图匹配后得到的目标如图2所示，将其标记为目标1～目标3，引导微波***对三个目标进行确定，图2中▲为可疑目标，△为匹配的恒星。
在光学相机探测到目标后，微波***根据光学***测量的目标角度信息，将雷达***直接指向光学***测量的目标角度指向，便可以确认目标1～目标3是否存在，对测得距离速度信息的目标标记为真实目标，搜索流程如图3所示。
通过参数设定计算得到，采用光学***与微波***联合工作时，全空域搜索时间为90s，与雷达***独立工作的1280s相比，有效缩短了直接利用微波***搜索目标的时间，实现目标的快速搜索识别。
综上所述，本发明一种天基告警监视***的目标快速搜索识别方法，对空间飞行器周围远距离、大范围空域可能出现的威胁目标进行快速搜索捕获，并对视场范围内的威胁目标进行自主测量和运动轨迹拟合，将测量数据提供给卫星***进行目标识别分析、预警判断和防撞规避。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种天基告警监视***的目标快速搜索识别方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：
S1，在空间内利用光学相机进行视场扫描得到告警图像；
S2，对获得的告警图像进行预处理，利用卷积模板获取星点质心位置和图像星点位置，根据星点质心的相对位置进行星图匹配，匹配完成后得到当前光轴的指向相位；
S3，根据所述的当前光轴的指向相位计算出当前图像内应该成像的恒星位置，将图像星点位置与恒星位置进行对比，若星点不在星标的恒星位置上，则发现目标获取其角度信息；
S4，微波雷达对探测的目标进行虚假确认，测定真实目标的距离和速度信息。
2.如权利要求1所述的天基告警监视***的目标快速搜索识别方法，其特征在于，所述的步骤S4后还包含：
S5，在下一轮全域搜索过程中，利用已确认目标的运动信息建立航迹，通过航迹外推、分时多波束持续跟踪定位，同时搜索新的威胁目标，并将信息实时提供给空间飞行器。
3.如权利要求1所述的天基告警监视***的目标快速搜索识别方法，其特征在于，所述的步骤S3中发现目标后将得到的目标进行标记为第一目标~第N目标。
4.如权利要求1所述的天基告警监视***的目标快速搜索识别方法，其特征在于，所述的步骤S4中需要剔除虚假目标。
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