一种基于目标特征的交汇时刻预报方法技术

本发明专利技术属于利用无线电波测距技术领域，具体涉及一种基于目标特征的交汇时刻预报方法；利用观测平台探测出被观测平台的几何尺寸特征信息、灰度特征信息和几何面积特征信息，根据被观测平台的几何尺寸特征信息，建立空间交汇时刻预报方法；建立基于被观测平台的几何尺寸特征信息、灰度特征信息和几何面积特征信息的卡尔曼滤波器或者比例特征的解算方法；对观测平台与被观测平台的交汇时刻进行预报；本方法利用被动观测获得的被观测平台灰度特征信息、几何尺寸特征信息和几何面积特征信息相对稳定的特点，获得对交汇时刻的准确预报；较传统被动测距方法，不需要横向机动过程，同时较传统被动测距方法具有更高的收敛概率和收敛精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于利用无线电波测距
，具体涉及一种基于目标特征的交汇时刻预报方法。
技术介绍
在平台相互接近过程中，对交汇时刻的准确预报在制导控制、平台防碰撞、交汇对接操作等方面有重要的实用意义，传统交汇时刻的预报主要有两类方法，一类是采用主动测距方法对平台间距离和接近速度进行测量，然后解算出交汇时刻信息，具有实时性强、精度高的优点，但需要增加复杂的主动测距系统，难以适应远距离(数十公里到数百公里的距离)目标快速交汇的过程。一类是采用被动测距方法，利用目标的观测角度信息通过滤波的方法对距离和速度信息进行结算，但需要观测平台与被观测平台之间有一定的距离的横向机动过程，才能消除滤波过程中存在的多解问题，获得较为准确距离和速度信息，横向机动需要附加动力和测量时间，在空中和空间应用受到很大的限制。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术的目的在于提供一种基于目标特征的交汇时刻预报方法，能够利用被动观测获得的被观测平台的灰度特征信息、几何尺寸特征信息和几何面积特征信息相对稳定的特点，在不需要观测平台与被观测平台之间横向机动和其它距离传感器的情况下，对交汇时刻进行准确预报。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案。本专利技术一种基于目标特征的交汇时刻预报方法，该方法包括以下步骤：(1)观测平台探测出被观测平台的几何尺寸特征信息、灰度特征信息和几何面积特征信息，根据观测平台成像探测系统给出的被观测平台的几何尺寸特征信息，建立空间交汇时刻预报方法；当被观测平台在观测平台探测系统上所成像的几何尺寸小于等于3像素时，执行步骤(2)；当被观测平台在观测平台探测系统上所成像的几何尺寸大于3像素时，执行步骤(3)；(2)建立基于被观测平台灰度特征的交汇时刻预报方法，包括如下步骤：第1步：建立被观测平台灰度特征与交汇时刻的解析关系式，推导出被观测平台灰度特征与剩余交汇时间的解析关系；第2步：判断被观测平台在观测平台探测系统上灰度特征的信杂比，当被观测平台在观测平台探测系统上灰度特征的信杂比小于等于20时，执行步骤(2)中第3步；当被观测平台在观测平台探测系统上灰度特征的信杂比大于20时，执行步骤(2)中第4步；第3步：根据步骤(2)中第1步中推导得到的解析关系式，选择初始比例系数、剩余交汇时间、剩余交汇时间导数为状态量，被观测平台灰度特征为观测量，建立基于被观测平台灰度特征的卡尔曼滤波器；第4步：根据步骤(2)中第1步所建立的被观测平台灰度特征与剩余交汇时间的解析关系，选择不同观测时刻被观测平台的灰度特征，建立剩余交汇时间和被观测平台灰度特征的比例特征的解算方法；第5步：对观测平台与被观测平台的交汇时刻进行预报，输出剩余交汇时间和交汇时刻预报值；(3)建立基于被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征的交汇时刻预报方法，包括如下步骤：第1步：建立被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征的交汇时刻的解析关系式，推导出被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征与剩余交汇时间的解析关系；第2步：判断被观测平台在观测平台探测系统上几何面积特征或几何尺寸特征的信杂比，当被观测平台在观测平台探测系统上几何面积特征或几何尺寸特征的信杂比小于等于20时，执行步骤(3)中第3步；当被观测平台在观测平台探测系统上几何面积特征或几何尺寸特征的信杂比大于20时，执行步骤(3)中第4步；第3步：根据步骤(3)中第1步中推导得到的解析关系式，选择被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征、剩余交汇时间、剩余交汇时间导数为状态量，被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征为观测量，建立被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征的卡尔曼滤波器；第4步：根据步骤(3)中第1步所建立的被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征与剩余交汇时间的解析关系，选择不同观测时刻被观测平台的几何面积特征或几何尺寸特征，建立剩余交汇时间和被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征的比例特征的解算方法；第5步：对观测平台与被观测平台的交汇时刻进行预报，输出剩余交汇时间和交汇时刻预报值。所述的步骤(2)中第1步被观测平台灰度特征与交汇时刻的解析关系式为：gTar(T)=K·ITarR(T)2=K·ITar(v·T)2=K·ITarv2·1T2]]>式中：T表示剩余交汇时间，单位是s；gTar(T)为T时刻被观测平台的灰度特征；R为被观测平台在观测平台光学成像系统之间的距离，单位是m；K为观测平台探测系统转换系数；ITar为被观测平台辐射强度；v为观测平台与被观测平台之间接近速度，单位是m/s；为观测平台探测系统转换系数K、被观测平台辐射强度ITar与观测平台与被观测平台之间接近速度v平方的比值，依据观测平台探测结果预估。所述的步骤(3)中第1步被观测平台几何面积特征与剩余交汇时间的解析关系式为：Ssen(T)=SObj(fv·1SPix)2·1T2]]>式中：Ssen(T)是T时刻被观测平台在观测图像中的几何面积特征，单位为像素；SObj是被观测平台的几何面积特征，单位为像素；f是光学成像系统焦距，单位为m；v是观测平台与被观测平台之间接近速度，单位为m/s；SPix是观测平台探测系统像素尺寸，单位为m；T是剩余交汇时间，单位为s；所述的步骤(3)中第1步被观测平台几何尺寸特征与剩余交汇时间的解析关系式为：Lsen=LObj·fv·1SPix·1T]]>式中：Lsen(T)是T时刻被观测平台在观测图像中的几何尺寸特征，单位是像素；LObj是被观测平台的几何尺寸特征，单位是像素；f是光学成像系统焦距，单位为m；v是观测平台与被观测平台之间接近速度，单位为m/s；SPix是观测平台探测系统像素尺寸，单位为m；T是剩余交汇时间，单位为s。所述的步骤(2)中第3步和步骤(3)中第3步中卡尔曼滤波器关系式均为：X(k+1)=10001Δt001X(k)=ΦX(k)]]>式中：X(k+1)为状态量X在k+1时刻的值；X(k)为状态量X在k时刻的值；Δt为时间间隔，单位为s；Φ为状态转移矩阵。所述的步骤(2)中第3步和步骤(3)中第3步中卡尔曼滤波器的交汇时刻预报迭代计算过程为：A.计算预测方程：X^K+1/K=本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于目标特征的交汇时刻预报方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)观测平台探测出被观测平台的几何尺寸特征信息、灰度特征信息和几何面积特征信息，根据观测平台成像探测系统给出的被观测平台的几何尺寸特征信息，建立空间交汇时刻预报方法；当被观测平台在观测平台探测系统上所成像的几何尺寸小于等于3像素时，执行步骤(2)；当被观测平台在观测平台探测系统上所成像的几何尺寸大于3像素时，执行步骤(3)；(2)建立基于被观测平台灰度特征的交汇时刻预报方法，包括如下步骤：第1步：建立被观测平台灰度特征与交汇时刻的解析关系式，推导出被观测平台灰度特征与剩余交汇时间的解析关系；第2步：判断被观测平台在观测平台探测系统上灰度特征的信杂比，当被观测平台在观测平台探测系统上灰度特征的信杂比小于等于20时，执行步骤(2)中第3步；当被观测平台在观测平台探测系统上灰度特征的信杂比大于20时，执行步骤(2)中第4步；第3步：根据步骤(2)中第1步中推导得到的解析关系式，选择初始比例系数、剩余交汇时间、剩余交汇时间导数为状态量，被观测平台灰度特征为观测量，建立基于被观测平台灰度特征的卡尔曼滤波器；第4步：根据步骤(2)中第1步所建立的被观测平台灰度特征与剩余交汇时间的解析关系，选择不同观测时刻被观测平台的灰度特征，建立剩余交汇时间和被观测平台灰度特征的比例特征的解算方法；第5步：对观测平台与被观测平台的交汇时刻进行预报，输出剩余交汇时间和交汇时刻预报值；(3)建立基于被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征的交汇时刻预报方法，包括如下步骤：第1步：建立被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征的交汇时刻的解析关系式，推导出被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征与剩余交汇时间的解析关系；第2步：判断被观测平台在观测平台探测系统上几何面积特征或几何尺寸特征的信杂比，当被观测平台在观测平台探测系统上几何面积特征或几何尺寸特征的信杂比小于等于20时，执行步骤(3)中第3步；当被观测平台在观测平台探测系统上几何面积特征或几何尺寸特征的信杂比大于20时，执行步骤(3)中第4步；第3步：根据步骤(3)中第1步中推导得到的解析关系式，选择被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征、剩余交汇时间、剩余交汇时间导数为状态量，被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征为观测量，建立被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征的卡尔曼滤波器；第4步：根据步骤(3)中第1步所建立的被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征与剩余交汇时间的解析关系，选择不同观测时刻被观测平台的几何面积特征或几何尺寸特征，建立剩余交汇时间和被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征的比例特征的解算方法；第5步：对观测平台与被观测平台的交汇时刻进行预报，输出剩余交汇时间和交汇时刻预报值。...

【技术特征摘要】
1.一种基于目标特征的交汇时刻预报方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)观测平台探测出被观测平台的几何尺寸特征信息、灰度特征信息和几
何面积特征信息，根据观测平台成像探测系统给出的被观测平台的几何尺寸特
征信息，建立空间交汇时刻预报方法；
当被观测平台在观测平台探测系统上所成像的几何尺寸小于等于3像素时，
执行步骤(2)；
当被观测平台在观测平台探测系统上所成像的几何尺寸大于3像素时，执
行步骤(3)；
(2)建立基于被观测平台灰度特征的交汇时刻预报方法，包括如下步骤：
第1步：建立被观测平台灰度特征与交汇时刻的解析关系式，推导出被观
测平台灰度特征与剩余交汇时间的解析关系；
第2步：判断被观测平台在观测平台探测系统上灰度特征的信杂比，当被
观测平台在观测平台探测系统上灰度特征的信杂比小于等于20时，执行步骤(2)
中第3步；当被观测平台在观测平台探测系统上灰度特征的信杂比大于20时，
执行步骤(2)中第4步；
第3步：根据步骤(2)中第1步中推导得到的解析关系式，选择初始比例
系数、剩余交汇时间、剩余交汇时间导数为状态量，被观测平台灰度特征为观
测量，建立基于被观测平台灰度特征的卡尔曼滤波器；
第4步：根据步骤(2)中第1步所建立的被观测平台灰度特征与剩余交汇
时间的解析关系，选择不同观测时刻被观测平台的灰度特征，建立剩余交汇时
间和被观测平台灰度特征的比例特征的解算方法；
第5步：对观测平台与被观测平台的交汇时刻进行预报，输出剩余交汇时
间和交汇时刻预报值；
(3)建立基于被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征的交汇时刻预报方
法，包括如下步骤：
第1步：建立被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征的交汇时刻的解析
关系式，推导出被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征与剩余交汇时间的解
析关系；
第2步：判断被观测平台在观测平台探测系统上几何面积特征或几何尺寸
特征的信杂比，当被观测平台在观测平台探测系统上几何面积特征或几何尺寸
特征的信杂比小于等于20时，执行步骤(3)中第3步；当被观测平台在观测
平台探测系统上几何面积特征或几何尺寸特征的信杂比大于20时，执行步骤(3)
中第4步；
第3步：根据步骤(3)中第1步中推导得到的解析关系式，选择被观测平
台几何面积特征或几何尺寸特征、剩余交汇时间、剩余交汇时间导数为状态量，
被观测平台几何面积特征或几何尺寸特征为观测量，建立被观测平台几何面积
特征或几何尺寸特征的卡尔曼滤波器；
第4步：根据步骤(3)中第1步所建立的被观测平台几何面积特征或几何
尺寸特征与剩余交汇时间的解析关系，选择不同观测时刻被观测平台的几何面
积特征或几何尺寸特征，建立剩余交汇时间和被观测平台几何面积特征或几何
尺寸特征的比例特征的解算方法；
第5步：对观测平台与被观测平台的交汇时刻进行预报，输出剩余交汇时
间和交汇时刻预报值。
2.根据权利要求1所述的基于目标特征的交汇时刻预报方法，其特征在于：
所述的步骤(2)中第1步被观测平台灰度特征与交汇时刻的解析关系式为：
gTar(T)=K·ITarR(T)2=K·ITar(v·T)2=K·ITarv2·1T2]]>式中：T表示剩余交汇时间，单位是s；gTar(T)为T时刻被观测平台的灰度
特征；R为被观测平台在观测平台光学成像系统之间的距离，单位是m；K为观
测平台探测系统转换系数；ITar为被观测平台辐射强度；v为观测平台与被观测
平台之间接近速度，单位是m/s；为观测平台探测系统转换系数K、被观
测平台辐射强度ITar与观测平台与被观测平台之间接近速度v平方的比值，依据
观测平台探测结果预估。
3.根据权利要求1所述的基于目标特征的交汇时刻预报方法，其特征在于：
所述的步骤(3)中第1步被观测平台几何面积特征与剩余交汇时间的解析关系
式为：
Ssen(T)=SObj(fv·1SPix)2·1T2]]>式中：Ssen(T)是T时刻被观测平台在观测图像中的几何面积特征，单位为像
素；SObj是被观测平台的几何面积特征，单位为像素；f是光学成像系统焦距，
单位为m；v是观测平台与被观测平台之间接近速度，单位为m/s；SPix是观测平
台探测系统像素尺寸，单位为m；T是剩余交汇时间，单位为s；
所述的步骤(3)中第1步被观测平台几何尺寸特征与剩余交汇时间的解析
关系式为：
Lsen(T)=LObjfv·1SPix·1T]]>式中：Lsen(T)是T时刻被观测平台在观测图像中的几何尺寸特征，单位是像
素；LObj是被观测平台的几何尺寸特征，单位是像素；f是光学成像系统焦距，
单位为m；v是观测平台与被观测平台之间接近速度，单位为m/s；SPix是观测平
台探测系统像素尺寸，单位为m；T是剩余交汇时间，单位为s。
4.根据权利要求2或3所述的基于目标特征的交汇时刻预报方法，其特征

\t在于：所述的步骤(2)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志峰，牛振红，杜润乐，张力，薛莲，孟刚，刘佳琪，刘生东，
申请(专利权)人：北京航天长征飞行器研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11