一种双星协同观测的空中运动目标实时定位方法技术

本发明专利技术公开了一种双星协同观测的空中运动目标实时定位方法，步骤为：1、利用目标检测与跟踪算法，分别从两颗光学遥感卫星当前时刻同时拍摄的空中运动目标序列图像中检测出目标的质点坐标；2、根据光学遥感卫星成像机理和空中目标运动特性，构建空中运动目标运动轨迹融合模型；3、采用运动轨迹滑动求解方法：利用空中运动目标在两颗卫星序列图像上的质点坐标，构建标准误差方程迭代求解空中目标运动轨迹参数；4、根据运动轨迹参数，求解空中运动目标在当前时刻的空间位置与速度。本发明专利技术可以从模型本身消除双星时间同步误差对空中运动目标定位精度的影响，实现双星协同观测的空中运动目标高精度实时定位。动目标高精度实时定位。动目标高精度实时定位。

【技术实现步骤摘要】
一种双星协同观测的空中运动目标实时定位方法


[0001]本专利技术属于光学遥感卫星数据几何处理
，特别涉及一种双星协同观测的空中运动目标实时定位方法。

技术介绍

[0002]从运动目标高精度定位的角度出发，运动目标主要可以分为三类：海面运动目标、地面运动目标和空中运动目标。对于空中运动目标，目标飞行高度不断变化且未知，难以事先获知其高程值，单颗卫星单次观测很难实现目标的高精度定位。相比于静态目标，空中运动目标处于运动状态，单颗卫星多次观测亦很难实现高精度定位。鉴于空中运动目标高程未知且处于运动状态的特点，需要利用两颗或多颗遥感卫星协同观测，且需要做到时间同步、从不同角度观测，才能够实现空中运动目标的高精度定位。
[0003]受光学遥感卫星成像帧频和时间控制等因素的影响，利用双星协同观测空中运动目标时，两颗卫星很难严格做到时间同步，即存在时间同步误差。常规光学遥感卫星图像目标定位的模型和方法主要针对静态目标，无需考虑双星时间同步误差。然而，对于空中运动目标，利用常规静态目标的定位模型和方法进行定位处理，会忽略掉双星时间同步误差，得到的定位结果必然会偏离其真实位置。因此，现有模型和方法在空中运动目标高精度实时定位方面存在明显不足，难以实现空中运动目标的高精度定位。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种利用双星协同观测来构建目标运动轨迹融合模型的空中运动目标实时定位方法，实现空中运动目标的高精度定位。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：一种双星协同观测的空中运动目标实时定位方法，步骤如下：
[0006]一、利用目标检测与跟踪算法，分别从第一、第二遥感卫星当前时刻拍摄的空中运动目标序列图像中检测出目标在图像坐标系下的质点坐标；
[0007]二、根据光学遥感卫星成像机理和空中目标运动位置、速度和加速度信息，在第一、第二遥感卫星上分别构建空中运动目标运动轨迹融合模型；
[0008]三、采取运动轨迹滑动求解方法：针对当前时刻第一遥感卫星图像上检测出的空中目标质点坐标，利用第一遥感卫星之前时刻的连续N帧和第二遥感卫星之前时刻的连续M帧图像上的空中目标质点坐标，构建标准误差方程，迭代求解当前时刻的空中目标运动轨迹融合模型参数，M>1，N>1；
[0009]四、将步骤三所得的空中目标运动轨迹融合模型参数代入位置方程求解空中运动目标在当前时刻的空间位置(X，Y，Z)，代入速度方程求解空中运动目标在当前时刻的速度(V
X
，V
Y
，V
Z
)。
[0010]进一步的，所述步骤一中目标检测与跟踪算法为时域目标检测与跟踪算法或者空
域目标检测与跟踪算法。
[0011]进一步的，所述步骤二中对每个遥感卫星构建的空中运动目标运动轨迹融合模型如下：
[0012][0013][0014]上式中，t为成像时间；X0，δ1，δ2分别为空中目标X方向位置的初值、X方向位置关于t的1阶项和X方向位置关于t的2阶项参数；Y0，β1，β2分别为空中目标Y方向位置的初值参数、Y方向位置关于t的1阶项参数和Y方向位置关于t的2阶项参数；Z0，θ1，θ2分别为空中目标Z方向位置的初值、Z方向位置关于Z方向位置关于t的1阶项和Z方向位置关于t的2阶项参数；(X
S，1
，Y
S，1
，Z
S，1
)为第一遥感卫星在WGS84坐标系下的空间坐标，通过星上GNSS测量设备测量得到，(X
S，2
，Y
S，2
，Z
S，2
)为第二遥感卫星在WGS84坐标系下的空间坐标；λ1为第一比例因子，λ2为第二比例因子；
[0015]为J2000坐标系至WGS84坐标系的旋转矩阵；为第一遥感卫星姿态测量坐标系至J2000坐标系的旋转矩阵，为第二遥感卫星姿态测量坐标系至J2000坐标系的旋转矩阵；将第一遥感卫星上的相机称为第一相机，第二遥感卫星上的相机称为第二相机，为第一相机在第一遥感卫星姿态测量坐标系下的安置矩阵，为第二相机在第二遥感卫星姿态测量坐标系下的安置矩阵；
[0016]分别为第一相机成像探元在第一遥感卫星姿态测量坐标系下沿轨方向和垂轨方向的指向角，分别为第二相机成像探元在第二遥感卫星姿态测量坐标系下沿轨方向和垂轨方向的指向角；
[0017]所述第一遥感卫星姿态测量坐标系的原点位于第一遥感卫星上姿态测量设备的质心，X轴为第一遥感卫星飞行方向，Z轴指向地心，Y轴垂直于Z轴和X轴构成右手系；第二遥感卫星姿态测量坐标系的原点位于第二遥感卫星上姿态测量设备的质心，X轴为第二遥感卫星飞行方向，Z轴指向地心，Y轴垂直于Z轴和X轴构成右手系。
[0018]进一步的，所述第一相机成像探元在第一遥感卫星姿态测量坐标系下沿轨方向的指向角和垂轨方向的指向角第二相机成像探元在第二遥感卫星姿态测量坐标系下沿轨方向的指向角和垂轨方向的指向角根据以下方法计算得到：
[0019][0020][0021]上式中：(s1，l1)为第一遥感卫星检测出的目标质点在图像坐标系中的坐标，(s2，
l2)为第二遥感卫星检测出的目标质点在图像坐标系中的坐标，s1为第一遥感卫星上目标质点坐标的列号、s2为第二遥感卫星上目标质点坐标的列号，l1为第一遥感卫星上目标质点坐标的行号、l2为第二遥感卫星上目标质点坐标的行号；
[0022]h
0，1
为第一遥感卫星沿轨方向指向角方向上的常数项，h
1，1
，h
2，1
，h
3，1
，h
4，1
，h
5，1
，h
6，1
，h
7，1
，h
8，1
，h
9，1
分别对应第一遥感卫星沿轨方向指向角方向上s1，l1，s1l1，的系数，k
0，1
为第一遥感卫星垂轨方向指向角方向上的常数项，k
1，1
，k
2，1
，k
3，1
，k
4，1
，k
5，1
，k
6，1
，k
7，1
，k
8，1
，k
9，1
分别对应第一遥感卫星垂轨方向指向角方向上s1，l1，s1l1，的系数；
[0023]h
0，2
为第二遥感卫星沿轨方向指向角方向上的常数项；h
1，2
，h
2，2
，h
3，2
，h
4，2
，h
5，2
，h
6，2
，h
7，2
，h
8，2
，h
9，2
分别对应第二遥感卫星沿轨方向指向角方向上s2，l2，s2l2，的系数，k
0，2
为第二遥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双星协同观测的空中运动目标实时定位方法，其特征在于，包括以下步骤：一、利用目标检测与跟踪算法，分别从第一、第二遥感卫星当前时刻拍摄的空中运动目标序列图像中检测出目标在图像坐标系下的质点坐标；二、根据光学遥感卫星成像机理和空中目标运动位置、速度和加速度信息，在第一、第二遥感卫星上分别构建空中运动目标运动轨迹融合模型；三、针对当前时刻第一遥感卫星图像上检测出的空中目标质点坐标，利用第一遥感卫星之前时刻的连续N帧和第二遥感卫星之前时刻的连续M帧图像上的空中目标质点坐标，构建标准误差方程，迭代求解当前时刻的空中目标运动轨迹融合模型参数，M>1，N>1；四、将步骤三所得的空中目标运动轨迹融合模型参数代入位置方程，求解空中运动目标在当前时刻的空间位置(X，Y，Z)，代入速度方程求解空中运动目标在当前时刻的速度(V
X
，V
Y
，V
Z
)。2.根据权利要求1所述的一种双星协同观测的空中运动目标实时定位方法，其特征在于：所述步骤一中目标检测与跟踪算法为时域目标检测与跟踪算法或者空域目标检测与跟踪算法。3.根据权利要求1所述的一种双星协同观测的空中运动目标实时定位方法，其特征在于：所述步骤二中第一遥感卫星构建的空中运动目标运动轨迹融合模型如下：第二遥感卫星构建的空中运动目标运动轨迹融合模型如下：上式中，t为成像时间；X0，δ1，δ2分别为空中目标X方向位置的初值、X方向位置关于t的1阶项和X方向位置关于t的2阶项参数；Y0，β1，β2分别为空中目标Y方向位置的初值参数、Y方向位置关于t的1阶项参数和Y方向位置关于t的2阶项参数；Z0，θ1，θ2分别为空中目标Z方向位置的初值、Z方向位置关于Z方向位置关于t的1阶项和Z方向位置关于t的2阶项参数；(X
S，1
，Y
S，1
，Z
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)为第一遥感卫星在WGS84坐标系下的空间坐标，通过星上GNSS测量设备测量得到，(X
S，2
，Y
S，2
，Z
S，2
)为第二遥感卫星在WGS84坐标系下的空间坐标；λ1为第一比例因子，λ2为第二比例因子；为J2000坐标系至WGS84坐标系的旋转矩阵；为第一遥感卫星姿态测量坐标系至J2000坐标系的旋转矩阵，为第二遥感卫星姿态测量坐标系至J2000坐标系的旋转矩阵；将第一遥感卫星上的相机称为第一相机，第二遥感卫星上的相机称为第二相机，为第一相机在第一遥感卫星姿态测量坐标系下的安置矩阵，为第二相机在第二遥感卫星姿态测量坐标系下的安置矩阵；分别为第一相机成像探元在第一遥感卫星姿态测量坐标系下沿轨方向和垂轨方向的指向角，分别为第二相机成像探元在第二遥感卫星姿态测量坐标系下
沿轨方向和垂轨方向的指向角；所述第一遥感卫星姿态测量坐标系的原点位于第一遥感卫星上姿态测量设备的质心，X轴为第一遥感卫星飞行方向，Z轴指向地心，Y轴垂直于Z轴和X轴构成右手系；第二遥感卫星姿态测量坐标系的原点位于第二遥感卫星上姿态测量设备的质心，X轴为第二遥感卫星飞行方向，Z轴指向地心，Y轴垂直于Z轴和X轴构成右手系。4.根据权利要求3所述的一种双星协同观测的空中运动目标实时定位方法，其特征在于：所述第一相机成像探元在第一遥感卫星姿态测量坐标系下沿轨方向的指向角和垂轨方向的指向角第二相机成像探元在第二遥感卫星姿态测量坐标系下沿轨方向的指向角和垂轨方向的指向角根据以下方法计算得到：根据以下方法计算得到：上式中：(s1，l1)为第一遥感卫星检测出的目标质点在图像坐标系中的坐标，(s2，l2)为第二遥感卫星检测出的目标质点在图像坐标系中的坐标，s1为第一遥感卫星上目标质点坐标的列号、s2为第二遥感卫星上目标质点坐标的列号，l1为第一遥感卫星上目标质点坐标的行号、l2为第二遥感卫星上目标质点坐标的行号；h
0，1
为第一遥感卫星沿轨方向指向角方向上的常数项，h
1，1
，h
2，1
，h
3，1
，h
4，1
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5，1
，h
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，h
7，1
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8，1
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9，1
分别对应第一遥感卫星沿轨方向指向角方向上s1，l1，s1l1，的系数，k
0，1
为第一遥感卫星垂轨方向指向角方向上的常数项，k
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分别对应第一遥感卫星垂轨方向指向角方向上s1，l1，s1l1，的系数；h
0，2
为第二遥感卫星沿轨方向指向角方向上的常数项；h
1，2
，h
2，2
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3，2
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4，2
，h
5，2
，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周楠，曹金山，李春梅，曹东晶，曹世翔，杨天远，王洁，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：