一种星上运动目标跟踪方法技术

本发明专利技术涉及一种星上运动目标跟踪方法，包括：通过星上平台的平台姿态参数计算得到J2000坐标系和平台坐标系的坐标系变换矩阵；计算得到从平台坐标系到载荷坐标系的坐标系变换矩阵；计算得到运动目标在载荷坐标系中单位方向矢量；计算得到运动目标在光学坐标系中单位方向矢量；根据计算得到的运动目标在载荷坐标系中单位方向矢量、运动目标在光学坐标系中单位方向矢量，计算转台角度变换，以对星上运动目标进行稳像跟踪。本发明专利技术能够使实现星上运动目标跟踪成像，且计算量低，易于实现。易于实现。易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种星上运动目标跟踪方法


[0001]本专利技术涉及一种星上运动目标跟踪方法。

技术介绍

[0002]随着航天技术的不断进步与成熟，人类已陆续开展了多次深空探测活动，深空探测已成为航天领域的重要发展方向之一。通过深空探测，能帮助研究太阳系及宇宙起源、演变及现状，进一步认识地球环境的形成和演变，认识空间现象和地球自然系统之间的关系，对深空探测和开发具有十分重要的科学和经济意义。研制空间目标载荷星上探测，验证空间天基光学探测、在轨目标实时检测等关键技术，开展空间目标天基系统探测能力、定位精度等验证试验，提升我国天基空间目标探测能力。
[0003]在星上观测运动目标时，需要通过控制转台方位、俯仰角，实现运动目标在图像中位置不变。同时，对深空探测运动目标成像来说，需要一种对运动目标跟踪的方法，实现图像中目标稳像的需求。然而，目前普遍采用星敏感器定姿，其计算过程繁杂，嵌入式软件不易实现。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，有必要提供一种星上运动目标跟踪方法。
[0005]本专利技术提供一种星上运动目标跟踪方法，该方法包括如下步骤：a.通过星上平台的平台姿态参数计算得到J2000坐标系和平台坐标系的坐标系变换矩阵；b.计算得到从平台坐标系到载荷坐标系的坐标系变换矩阵；c.计算得到运动目标在载荷坐标系中单位方向矢量；d.计算得到运动目标在光学坐标系中单位方向矢量；e.根据计算得到的运动目标在载荷坐标系中单位方向矢量、运动目标在光学坐标系中单位方向矢量，计算转台角度变换，以对星上运动目标进行稳像跟踪。
[0006]具体地，所述方法在步骤a之前还包括步骤：
[0007]星上平台收到下发的星上恒星跟踪指令。
[0008]具体地，所述平台姿态参数包括：船上时、惯性姿态四元数、惯性姿态运动角速度。
[0009]具体地，所述的步骤a具体包括如下步骤：
[0010]步骤S11，计算t
a0
时刻从J2000坐标系到平台坐标系的坐标变换矩阵A(t
a0
)；
[0011]在船上时t
a0
时刻，对应平台惯性姿态四元数[q1,q2,q3,q4]，因此，J2000到t
a0
时刻平台坐标系的坐标变换矩阵如下：
[0012][0013]步骤S12，计算时间间隔Δt从J2000坐标系到平台坐标系姿态角增量对应的坐标变换矩阵B；
[0014]在船上时t
a0
时刻对应的惯性姿态运动角速度矢量[ω
x0
,ω
y0
,ω
z0
]，设Δt是从起
始时刻至计算采样时刻的时长，经历Δt后旋转角速度β如下：
[0015][0016]计算旋转方向单位矢量r
a
：
[0017][0018]姿态角增量对应的坐标变换矩阵B求解步骤如下：
[0019]ΔB＝β
×
Δt
[0020][0021][0022]步骤S13，计算得到从t
a0
到t
a0
+Δt时刻J2000坐标系和平台坐标系的坐标变换矩阵M1：
[0023]M1＝A(t
a0
)
×
B。
[0024]具体地，所述的步骤b具体包括：
[0025]通过地面处理获取的定标图像数据得到平台坐标系到载荷坐标系的坐标系变换矩阵M2，标定M2的步骤包括：
[0026]步骤S21，载荷坐标系按照俯仰运动、方位运动后与镜头坐标系平行。因此将转台置于零位时认为镜头坐标系与载荷坐标系重合。将转台置于零位时对已知恒星成像，查找星表获取恒星在J2000坐标系下坐标。通过下传图像得到该恒星在镜头坐标系下坐标，计算从J2000到镜头坐标系的坐标变换矩阵M
z
。
[0027]步骤S22，根据拍摄图像时的姿态广播数据，计算在载荷的曝光时刻，从J2000坐标系到平台坐标系的坐标变换矩阵M
At
。
[0028]步骤S23，计算M2。
[0029]M2＝M
z
M
At
。
[0030]具体地，所述的步骤c包括：
[0031]运动目标S在J2000坐标系下的坐标S
2000
为：
[0032][0033]在载荷坐标系中观察运动目标，坐标为P：
[0034][0035]由此得出从载荷指向目标的单位方向矢量：
[0036][0037]具体地，所述的步骤d包括：
[0038]目标在光学坐标系中位置保持不变，即目标在光学镜头视场中视场角度(A
x
,A
y
)不变，目标在光学坐标系中单位方向矢量n
A
不变，n
A
表示如下：
[0039][0040]具体地，所述的步骤e包括：
[0041]载荷坐标系和镜头坐标系二者之间通过二维转台方位向、俯仰向依次旋转，使坐标轴相互平行；设转台方位角、俯仰角为[E,A]，满足下式：
[0042][0043]求解得出：
[0044][0045][0046]本申请能够根据平台姿态等信息，获取转台角度变化目标值，使运动目标在光学镜头中的角位置保持稳定，实现星上运动目标跟踪成像。本专利技术计算量低，在嵌入式开发中易于实现，对实际工程项目应用具有重要意义。
附图说明
[0047]图1为本专利技术星上运动目标跟踪方法的流程图。
具体实施方式
[0048]下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。
[0049]参阅图1所示，是本专利技术星上运动目标跟踪方法较佳实施例的作业流程图。
[0050]步骤S1，通过星上平台提供的姿态参数计算得到J2000坐标系和平台坐标系的坐标系变换矩阵。具体而言：
[0051]星上平台可以通过平台姿态参数，所述平台姿态参数包括：船上时、惯性姿态四元数、惯性姿态运动角速度，获取平台坐标系在J2000坐标系下的变换矩阵。J2000坐标系到平
台坐标系的坐标变换矩阵的计算方法如下：
[0052]步骤S11，计算t
a0
时刻从J2000坐标系到平台坐标系的坐标变换矩阵A(t
a0
)。
[0053]在船上时t
a0
时刻，对应平台惯性姿态四元数[q1,q2,q3,q4]，因此，J2000到t
a0
时刻平台坐标系的坐标变换矩阵如下：
[0054][0055]步骤S12，计算时间间隔Δt从J2000坐标系到平台坐标系姿态角增量对应的坐标变换矩阵B。
[0056]在船上时t
a0
时刻对应的惯性姿态运动角速度矢量[ω
x0
,ω
y0
,ω
z0
]。设Δt是从起始时刻至计算采样时刻的时长，经历Δt后旋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星上运动目标跟踪方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：a.通过星上平台的平台姿态参数计算得到J2000坐标系和平台坐标系的坐标系变换矩阵；b.计算得到从平台坐标系到载荷坐标系的坐标系变换矩阵；c.计算得到运动目标在载荷坐标系中单位方向矢量；d.计算得到运动目标在光学坐标系中单位方向矢量；e.根据计算得到的运动目标在载荷坐标系中单位方向矢量、运动目标在光学坐标系中单位方向矢量，计算转台角度变换，以对星上运动目标进行稳像跟踪。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤a之前还包括步骤：星上平台收到下发的星上运动目标跟踪指令。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述平台姿态参数包括：船上时、惯性姿态四元数、惯性姿态运动角速度。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步骤a具体包括如下步骤：步骤S11，计算t
a0
时刻从J2000坐标系到平台坐标系的坐标变换矩阵A(t
a0
)；在船上时t
a0
时刻，对应平台惯性姿态四元数[q1,q2,q3,q4]，因此，J2000到t
a0
时刻平台坐标系的坐标变换矩阵如下：步骤S12，计算时间间隔Δt从J2000坐标系到平台坐标系姿态角增量对应的坐标变换矩阵B；在船上时t
a0
时刻对应的惯性姿态运动角速度矢量[ω
x0
,ω
y0
,ω
z0
]，设Δt是从起始时刻至计算采样时刻的时长，经历Δt后旋转角速度β如下：计算旋转方向单位矢量r
a
：姿态角增量对应的坐标变换矩阵B求解步骤如下：ΔB＝β
×
ΔtΔt步骤S13，计算得到从t
a0
到t
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，王晓东，刘文光，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：