空间目标的天文定位及自动跟踪方法、系统及电子设备技术方案

本发明专利技术提供一种空间目标的天文定位及自动跟踪方法、系统及电子设备。该方法包括：获取空间目标的天文图像并对天文图像进行预处理；以及将预处理后的天文图像输入至经训练的基于卫星激光测距SLR的空间目标天文定位及自动跟踪模型中，得到空间目标天文定位及自动跟踪模型输出的空间目标的实时位置信息，空间目标天文定位跟踪模型用于通过提取图像质心和预定的底片模型来确定空间目标的位置信息，并基于位置信息实时生成空间目标的位置修正信息以修正空间目标的位置信息，基于修正后的空间目标的实时位置信息来实现对空间目标自动跟踪，其中，通过对天文图像进行背景阈值计算、目标检测和/或星图匹配来生成空间目标的位置修正信息。正信息。正信息。

【技术实现步骤摘要】
空间目标的天文定位及自动跟踪方法、系统及电子设备


[0001]本专利技术涉及天文定位领域，尤其涉及一种空间目标的天文定位及自动跟踪方法、系统及电子设备。

技术介绍

[0002]空间目标包括在轨航天器和空间碎片，其中绝大多数为空间碎片。近年来，人类空间活动越发频繁，空间环境日益恶化，空间碎片严重威胁着航天器安全，深入研究如何对空间目标进行实时、准确识别与跟踪刻不容缓。激光测距作为监测空间碎片精度最高的手段，已被各国用以监测空间碎片，保障航天安全。相比在轨航天器，空间碎片的轨道预报较差，无法快速准确识别和跟踪。因此空间目标图像识别与定位已成为紧迫的研究课题，研究成果对于实现空间碎片激光测距的连续平稳自动跟踪观测、大规模空间碎片的快速精密轨道确定与预报、空间碰撞预警具有重要的应用价值和现实意义。
[0003]卫星激光测距(satellite laser ranging,SLR)技术利用测量激光脉冲在观测站和卫星之间的往返飞行时间，从而计算出卫星到测站的距离，是目前空间目标距离测量中精度最高的一种技术手段。其中，常规卫星激光测距是指对合作目标(装有角反射器的空间目标，如Ajisai，Lageos
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1卫星等)进行卫星激光测距，目前对Lageos卫星的测距精度可以达到毫米级。卫星激光测距技术是通过对空间目标的高精度距离测量，实现空间目标轨道、测站坐标、地球自转参数精确测定的一种精度最高的地基空间观测技术。此外，天文定位是一种以标准导航星库中位置已知的恒星坐标为基准，通过天体测量仪器探测空间目标与已知恒星的相对位置，从而解算出空间实际目标位置的技术。由于不受置平及南北指向误差等因素的影响，定位精度对于高轨道目标可以达到3arcsec。
[0004]然而，随着空间技术的发展和应用，以及观测仪器设备的不断升级，在SLR观测过程中，获取数据的方式更便捷，也使得数据量开始增加。基于此，如何更加有效、快速、准确地获取这些数据成为如今的难题。此外，在空间碎片等非合作目标激光测距实际跟踪观测过程中，还有很多困难，许多因素会影响获得有效回波光子的探测概率。空间碎片激光测距主要采用两行根数作为初轨预报，其预报偏差较大，导致探测成功率大大降低。不仅如此，从获取天文图像到实现对空间目标的高精度定位过程中存在很多技术难点。对于一般所使用的大视场测角设备，视场畸变严重，按照通常做法，归算时需要用到高阶底片参数模型。然而，对于一体化观测，恒星影像拖长，星像中心的定位精度差；并且恒星的有效露光时间短(恒星在一个像素上停留的时间，通常短于0.1s)，视场内的恒星数目有限，容易造成定标星在目标周围的分布不均匀，这都不利于高阶底片模型参数的解算。目前，全球50余SLR测站，大多测站观测手段自动化程度不高，基本是通过CCD监视系统人工搜索目标，其跟踪观测效果较好，但是跟踪效率较低并且不稳定，过于依赖人工观测经验。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种空间目标的天文定位及自动跟踪方法、系统及电子设备，克服了
现有技术中目标跟踪依赖人机交互，并且自动化程度较低的问题，采用数学模型实现了空间目标高精度天文定位，提高了SLR观测自动化程度，并且在大幅提高测距成功率的同时，保障了空间目标连续平稳的跟踪观测，为空间目标自动化观测及白天测距奠定基础。
[0006]具体地，本专利技术实施例提供了以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术的实施例提供一种空间目标的天文定位及自动跟踪方法，包括：
[0008]获取空间目标的天文图像并对所述天文图像进行预处理；
[0009]将所述预处理后的所述天文图像输入至经训练的基于卫星激光测距SLR的空间目标天文定位及自动跟踪模型中，得到所述空间目标天文定位及自动跟踪模型输出的所述空间目标的实时位置信息，所述空间目标天文定位跟踪模型用于通过提取图像质心和预定的底片模型来确定所述空间目标的位置信息，并基于所述位置信息实时生成空间目标的位置修正信息以修正所述空间目标的位置信息，基于修正后的所述空间目标的实时位置信息来实现对所述空间目标自动跟踪，
[0010]其中，所述基于所述位置信息实时生成空间目标的位置修正信息包括：通过对所述天文图像进行背景阈值计算、目标检测和/或星图匹配来生成空间目标的位置修正信息。
[0011]进一步地，该空间目标的天文定位及自动跟踪方法还包括：
[0012]所述空间目标天文定位跟踪模型包括位置信息确定层和位置信息修正层，
[0013]其中，所述空间坐标确定层用于基于高斯函数进行PSF拟合来提取质心坐标，并采用预定底片模型，确定所述空间目标的空间位置信息；以及
[0014]所述空间坐标修正层用于通过进行背景阈值计算、目标检测和星图匹配来来生成空间目标的位置修正信息，并基于所述修正信息来修正所述空间目标的位置信息。
[0015]进一步地，该空间目标的天文定位及自动跟踪方法还包括：
[0016]所述预处理包括：
[0017]基于本底改正法与平场改正法，对所述空间目标的所述天文图像进行频域分析以确定噪声特征，并去除所述噪声特征以增强所述天文图像。
[0018]进一步地，该空间目标的天文定位及自动跟踪方法还包括：
[0019]所述基于高斯函数进行PSF拟合来提取质心坐标，并采用预定底片模型，确定所述空间目标的空间位置信息包括：
[0020]针对具有不同形状的图像目标，根据长宽比作为分类依据，考虑像点轨迹作为约束条件，分别利用高斯函数进行PSF拟合以提取质心坐标。
[0021]进一步地，该空间目标的天文定位及自动跟踪方法还包括：
[0022]所述基于高斯函数进行PSF拟合来提取质心坐标，并采用预定底片模型，确定所述空间目标的空间位置信息还包括：
[0023]基于定标星数量的要求，根据视场中检测出的定标星数量，将所述底片模型确定为六底片模型。
[0024]进一步地，该空间目标的天文定位及自动跟踪方法还包括：
[0025]对所述天文图像进行背景阈值计算包括：
[0026]针对所述天文图像中前景与图像背景区分度，基于全局阈值计算，分析所述空间目标与所述图像背景在频域或者在空间分布方面的特征，并去除所述图像背景中的噪声特征、保留所述空间目标。
[0027]进一步地，该空间目标的天文定位及自动跟踪方法还包括：
[0028]针对不同图像目标，根据所述空间目标的运动特性和形状特点，利用长宽比和多帧图像关联方法，采取帧间差分法变换参数和阈值，以进行目标检测。
[0029]进一步地，该空间目标的天文定位及自动跟踪方法还包括：
[0030]对所述空间目标进行星图匹配包括：
[0031]考虑CCD拍摄图像中的多个所述空间目标之间的角距信息，根据所述角距信息匹配算法对目标数量的要求，采用三角法进行星图匹配。
[0032]第二方面，本专利技术的实施例还提供一种空间目标的天文定位及自动跟踪系统，包括：
[0033]空间目标天文图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间目标的天文定位及自动跟踪方法，其特征在于，包括：获取空间目标的天文图像并对所述天文图像进行预处理；将所述预处理后的所述天文图像输入至经训练的基于卫星激光测距SLR的空间目标天文定位及自动跟踪模型中，得到所述空间目标天文定位及自动跟踪模型输出的所述空间目标的实时位置信息，所述空间目标天文定位跟踪模型用于通过提取图像质心和预定的底片模型来确定所述空间目标的位置信息，并基于所述位置信息实时生成空间目标的位置修正信息以修正所述空间目标的位置信息，基于修正后的所述空间目标的实时位置信息来实现对所述空间目标自动跟踪，其中，所述基于所述位置信息实时生成空间目标的位置修正信息包括：通过对所述天文图像进行背景阈值计算、目标检测和/或星图匹配来生成空间目标的位置修正信息。2.根据权利要求1所述的空间目标的天文定位及自动跟踪方法，其特征在于，所述空间目标天文定位跟踪模型包括位置信息确定层和位置信息修正层，其中，所述空间坐标确定层用于基于高斯函数进行PSF拟合来提取质心坐标，并采用预定底片模型，确定所述空间目标的空间位置信息；以及所述空间坐标修正层用于通过进行背景阈值计算、目标检测和星图匹配来来生成空间目标的位置修正信息，并基于所述修正信息来修正所述空间目标的位置信息。3.根据权利要求1所述的空间目标的天文定位及自动跟踪方法，其特征在于，所述预处理包括：基于本底改正法与平场改正法，对所述空间目标的所述天文图像进行频域分析以确定噪声特征，并去除所述噪声特征以增强所述天文图像。4.根据权利要求2所述的空间目标的天文定位及自动跟踪方法，其特征在于，所述基于高斯函数进行PSF拟合来提取质心坐标，并采用预定底片模型，确定所述空间目标的空间位置信息包括：针对具有不同形状的图像目标，根据长宽比作为分类依据，考虑像点轨迹作为约束条件，分别利用高斯函数进行PSF拟合以提取质心坐标。5.根据权利要求4所述的空间目标的天文定位及自动跟踪方法，其特征在于，所述基于高斯函数进行PSF拟合来提取质心坐标，并采用预定底片模型，确定所述空间目标的空间位置信息还包括：基于定标星数量的要求，根据视...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春梅，何正斌，张浩越，卫志斌，
申请(专利权)人：中国测绘科学研究院，
类型：发明
国别省市：