一种基于分治消隐的空间目标可视面元判定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于分治消隐的空间目标可视面元判定方法及系统，属于空间目标探测领域；所述的方法的具体步骤如下：S1准备目标本体的三角面元模型坐标参数；S2将空间目标三角面元的顶点坐标由xoy坐标系转换至x

【技术实现步骤摘要】
一种基于分治消隐的空间目标可视面元判定方法及系统


[0001]本专利技术公开一种基于分治消隐的空间目标可视面元判定方法及系统，涉及空间目标探测


技术介绍

[0002]随着航天技术的发展，人类进入空间、利用空间的能力不断增强，但与此同时，人类航天活动也产生了大量的空间碎片，对近邻卫星构成了严重威胁。通过建立有效的空间目标监视网，监视目标的运行情况，已成为各国空间科学发展的首要目标。
[0003]目前，地基空间目标监视系统主要有雷达和光学设备两种手段。雷达的探测能力由于与其探测距离的四次方成反比，一般用于低轨空间目标监视；光学设备的探测距离远、灵敏度高，更适用于中高轨空间目标的监视。但是，地基光学观测系统受大气、距离及自身分辨率的影响，难以对地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit，GEO)等高轨空间目标进行高分辨率成像，只能呈现几个像素亮度变化的光斑。当前通过地基光学观测系统仅能获取GEO目标的亮度随时间的变化特性，即光度特性。
[0004]光度特性通常以光度曲线的形式来表示，光度曲线是空间目标视星等随时间的变化曲线，因此视星等模型是精确计算空间目标光度特性的基础。在构建空间目标视星等模型过程中，需要根据太阳、观测站和空间目标的相对位置来确定既能被太阳照射、又能被观测站观测到的面元，因为只有这些面元对空间目标的视星等有贡献，这些面元通常被称为“可视面元”。传统方法通过判断面元法向量与阳光入射方向、观测站观测方向的关系来确定可视面元，认为面元法向量和观测站向量之间的夹角或太阳向量之间的夹角均小于90度时才为可视面元。这种判断方法默认空间目标是凸面体，没有考虑空间目标自身各部件之间可能存在的相互遮挡。因此，传统方法只适用于形状是单个凸面体的空间目标，不能计算形状为凹面体或组合体的空间目标的可视面元。
[0005]故现专利技术一种基于分治消隐的空间目标可视面元判定方法及系统，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术的问题，提供一种基于分治消隐的空间目标可视面元判定方法及系统，所采用的技术方案为：一种基于分治消隐的空间目标可视面元判定方法，所述的方法的具体步骤如下：
[0007]S1准备目标本体的三角面元模型坐标参数；
[0008]S2将空间目标三角面元的顶点坐标由xoy坐标系转换至x
′
o
′
y
′
坐标系；
[0009]S3利用三角面元每个顶点的可视情况确定该三角面元的可视情况；
[0010]S4在x
′
o
′
y
′
平面上使用不同层级的四叉树对目标面元模型进行分治消隐处理。
[0011]所述S1准备三角面元模型坐标参数的具体步骤如下：
[0012]S11根据检测目标的实际尺寸构建三角面元模型；
[0013]S12将太阳、观测站和空间目标三角面元的坐标分别统一于目标本体坐标系中。
[0014]所述S3利用三角面元每个顶点的可视情况确定该三角面元的可视情况的具体步骤如下：
[0015]S31在x
′
o
′
y
′
坐标系中：计算三角面元的面积，计算顶点与三角面元顶点之间形成的三角形面积的总和；
[0016]S321两者面积相等，即在x
′
o
′
y
′
坐标系中顶点在三角面元的边上和内部，判定在xoy坐标系中三角面元对顶点无遮挡；
[0017]S322两者面积不相等，计算三角面元的法向量，约束其z坐标为正,如果满足顶点P
′
与三角面元一个顶点A组成的向量与三角面元法向量的点乘为正，即即断定顶点P
i
′
被三角面元T
k
遮挡，则将变量Ps
i
的值置为0；
[0018]S33判断该三角面元的每个顶点是否被所有不以它为顶点的三角面元遮挡。
[0019]所述S4在x
′
o
′
y
′
平面上使用不同层级的四叉树对目标面元模型进行分治消隐处理的具体步骤如下：
[0020]S41选择由点P
″
(x
P
,y
P
)的x、y坐标最小值和最大值所组成的矩形区域为四叉树剖分区域；
[0021]S42利用每个三角面元的重心坐标在x
′
o
′
y
′
上的投影G(x
T
,y
T
)代表其在x
′
o
′
y
′
上的位置；
[0022]S43基于G(x
T
,y
T
)和四叉树剖分区域对三角面元进行分组。
[0023]所述S43基于G(x
T
,y
T
)和利用不同层级的四叉树剖分区域对三角面元进行分组；
[0024]其中四叉树的层级取决于目标中的面元数量，层级的取值m要保证每个四叉树子代的最小面积大于三角面元T在x
′
o
′
y
′
上投影的最小面积。
[0025]一种基于分治消隐的空间目标可视面元判定系统，所述的系统具体包括参数准备模块、坐标转换模块、顶点消隐模块和分治消隐模块：
[0026]参数准备模块：准备目标本体的三角面元模型坐标参数；
[0027]坐标转换模块：将空间目标三角面元的顶点坐标由xoy坐标系转换至x
′
o
′
y
′
坐标系；
[0028]顶点消隐模块：利用三角面元每个顶点的可视情况确定该三角面元的可视情况；
[0029]分治消隐模块：在x
′
o
′
y
′
平面上使用不同层级的四叉树对目标面元模型进行分治消隐处理。
[0030]所述参数准备模块具体包括模型构建模块和坐标统一模块：
[0031]模型构建模块：根据检测目标的实际尺寸构建三角面元模型；
[0032]坐标统一模块：将太阳、观测站和空间目标三角面元的坐标分别统一于目标本体坐标系中。
[0033]所述顶点消隐模块具体包括面元计算模块、顶点判定模块A、顶点判定模块B和顶点判定模块C：
[0034]面元计算模块：在x
′
o
′
y
′
坐标系中：计算三角面元的面积，计算顶点与三角面元顶点之间形成的三角形面积的总和；
[0035]顶点判定模块A：两者面积相等，即在x
′
o
′
y
′
坐标系中顶点在三角面元的边上和内部，判定在xoy坐标系中三角面元对顶点无遮挡；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分治消隐的空间目标可视面元判定方法，其特征是所述的方法的具体步骤如下：S1准备目标本体的三角面元模型坐标参数；S2将空间目标三角面元的顶点坐标由xoy坐标系转换至x
′
o
′
y
′
坐标系；S3利用三角面元每个顶点的可视情况确定该三角面元的可视情况；S4在x
′
o
′
y
′
平面上使用不同层级的四叉树对目标面元模型进行分治消隐处理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述S1准备三角面元模型坐标参数的具体步骤如下：S11根据检测目标的实际尺寸构建三角面元模型；S12将太阳、观测站和空间目标三角面元的坐标分别统一于目标本体坐标系中。3.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述S3利用三角面元每个顶点的可视情况确定该三角面元的可视情况的具体步骤如下：S31在x
′
o
′
y
′
坐标系中：计算三角面元的面积，计算顶点与三角面元顶点之间形成的三角形面积的总和；S321两者面积相等，即在x
′
o
′
y
′
坐标系中顶点在三角面元的边上和内部，判定在xoy坐标系中三角面元对顶点无遮挡；S322两者面积不相等，计算三角面元的法向量，约束其z坐标为正,如果满足顶点P
′
与三角面元一个顶点A组成的向量与三角面元法向量的点乘为正，即即断定顶点P
i
′
被三角面元T
k
遮挡，则将变量Ps
i
的值置为0；S33判断该三角面元的每个顶点是否被所有不以它为顶点的三角面元遮挡。4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述S4在x
′
o
′
y
′
平面上使用不同层级的四叉树对目标面元模型进行分治消隐处理的具体步骤如下：S41选择由点P
″
(x
P
,y
P
)的x、y坐标最小值和最大值所组成的矩形区域为四叉树剖分区域；S42利用每个三角面元的重心坐标在x
′
o
′
y
′
上的投影G(x
T
,y
T
)代表其在x
′
o
′
y
′
上的位置；S43基于G(x
T
,y
T
)和四叉树剖分区域对三角面元进行分组。5.根据权利要求4所述的方法，其特征是所述S43基于G(x
T
,y
T
)和利用不同层级的四叉树剖分区域对三角面元进行分组；其中四叉树的层级取决于目标中的面元数量，层级的取值m要保证每个四叉树子代的最小面积大于三角面元T在x
′
o
′
y
′
上投影的最小面积。6.一种基于分治消隐的空间目标可视面元判定系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王阳，胡敏，杜小平，陶雪峰，徐灿，方宇强，殷智勇，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：