空間目標觀測望遠鏡檢測跟蹤技術(shù)研究.pdf

1、隨著空間技術(shù)的快速發(fā)展和人類探索太空步伐的加快，越來越多的空間目標被送入太空，地球外層空間正逐漸演變成新的軍事斗爭之地。在這種新的斗爭形勢下，能否對太空進行有效地控制決定著國家的軍事力量和國防安全。因此，對空間目標監(jiān)測系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究具有重大的軍事意義。空間目標監(jiān)測系統(tǒng)主要的任務(wù)是對空間目標進行檢測、跟蹤和識別以及確定目標類型、大小和軌跡等特性，它是進入、了解和控制地球外層空間的基礎(chǔ)，在未來的空間攻防戰(zhàn)中將起到關(guān)鍵性的作用。
　

2、　針對復(fù)雜星空背景下的空間目標檢測和跟蹤需求，論文圍繞空間目標檢測跟蹤系統(tǒng)設(shè)計、望遠鏡指向定位、星空背景下的運動目標檢測和跟蹤等重點與難點問題，開展了系統(tǒng)深入地研究工作。論文主要工作如下：
　　首先，針對現(xiàn)有天文觀測設(shè)備不滿足空間目標全自動觀測要求的問題，本文從理論上設(shè)計了一套全自動空間目標檢測跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)在現(xiàn)有天文觀測設(shè)備的基礎(chǔ)上加入了計算機控制、CCD圖像獲取和相關(guān)的適配轉(zhuǎn)接設(shè)備等，形成觀測和控制協(xié)同的反饋系統(tǒng)。系統(tǒng)利用大

3、視場相機擴大觀測范圍，以便于望遠鏡指向定位和空間目標檢測；利用小視場相機觀測目標以獲得目標輪廓、灰度和尺寸等特征信息，便于對目標進行持續(xù)跟蹤。另外，本文給出了系統(tǒng)的硬件連接和軟件設(shè)計方案，并分析了技術(shù)難點。
　　其次，針對當前望遠鏡手動指向定位存在人為誤差和過程繁瑣問題，本文提出了基于星圖匹配和相機姿態(tài)解算的望遠鏡指向自動定位算法。該算法首先利用星圖匹配算法提取出星圖中的導航恒星，并確定導航恒星的天球坐標；然后將導航恒星的天球坐標

4、轉(zhuǎn)換成地平坐標系下的坐標；最后利用相機姿態(tài)解算模型得到相機的瞬時指向。本文利用仿真星圖對提出的算法進行了實驗，驗證了算法的精度和有效性。
　　然后，針對空間小目標的暗弱特性和空間環(huán)境背景干擾以及CCD成像噪聲等情況，本文提出了星空背景下基于VIBE背景建模算法的空間弱小目標檢測和軌跡判決算法。該算法首先利用點目標增強和背景抑制算法對星圖中的暗弱目標進行增強， 然后利用VIBE背景建模算法檢測運動小目標前景，最后利用空間目

5、標提取和軌跡判別算法提取出目標的運動軌跡。實驗表明，與原始VIBE算法相比，本文提出的算法能有效地檢測星圖中的暗弱運動目標，且能提取運動目標的運動軌跡。
　　最后，針對大、小視場切換過程中目標持續(xù)運動導致目標丟失和小視場下空間目標旋轉(zhuǎn)、邊緣輪廓和灰度變化較大難以持續(xù)跟蹤等問題，本文研究了基于卡爾曼濾波的目標軌跡預(yù)測算法和基于KCF的多尺度目標跟蹤算法。在大、小視場切換過程中，望遠鏡調(diào)整指向的同時目標也一直在運動，為了避免目標丟失，