一種天基告警監視系統的目標快速搜索識別方法與流程

本發明特別涉及一種天基告警監視系統的目標快速搜索識別方法。

背景技術：

天基告警監視系統針對空間飛行器周圍大范圍空域的威脅目標進行快速搜索識別，獲取威脅目標的相對距離、視線角度和相對速度信息，實現空間飛行器的防撞預警功能。目前，天基告警監視技術還處于技術開發及試用驗證階段，主要是采用微波或光學探測設備。微波雷達具備測距測速高精度、全天候工作能力，但無法實現快速掃描及高分辨成像；光學探測設備具有測角高精度特點，但無法給出距離及速度信息，且在空間應用中，由于背景星體多，太陽光照影響大，對目標處理確認時間長。因此，本發明提出一種相控陣雷達與光學復合的天基告警監視體制，設計一套微波光學融合的目標搜索、確認、識別策略，解決空間告警監視系統的快速搜索和識別確認問題。

通過專利檢索，共檢索出相關發明專利5項，其中《基于雷達回波特征的鐵路路障檢測與告警方法及裝置》(專利申請號：201210566891.8專利公開號：CN103033808)是屬于智能交通管理技術領域，其告警方法采用的是基于雷達回波特征的方法，通過將實時毫米波雷達回波特征與歷史統計回波特征進行比對，實現對鐵路路障的全天候探測與告警。《方位旋轉相控陣雷達目標監視與氣象探測兼容方法及系統》(專利申請號：201410111837.3專利公開號：CN103869309)屬于相控陣雷達技術領域，其目標監視采用的是方位旋轉相控陣雷達目標監視，用來實現氣象探測。這兩篇專利是應用雷達進行目標監視探測，其方向與本專利的研究內容并不相同。《一種基于雷達告警態勢圖顯示的目標綜合參數跟蹤測量方法》(專利申請號：201410407365.6專利公開號CN104166137)涉及光電技術領域，其目標跟蹤測量方法是通過可見光來被動發現目標，再采用雷達進行目標的跟蹤測量，這種方法是應用于小型船只、艦船等民用探測設備，是一種被動測量裝置，發現目標不夠快速，與本發明應用到空間中的方法并不相同。《一種光學與毫米波雷達共孔徑復合探測系統》(專利申請號：201410796336.3專利公開號：CN104502909)涉及光學與毫米波雷達共孔徑復合探測系統，屬于光學與雷達探測技術的交叉領域，是對光學與毫米波共孔徑復合系統的一個創新，而本發明的創新點在于光學和微波復合進行目標快速掃描識別的一種策略方法，二者并不相同。《用于空間光學相機的無地面控制點定位方法和裝置》(專利申請號：201510394011專利公開號：CN105157700)是關于空間光學相機的無地面控制點的定位方法，僅是光學相機方面，與本專利相關度不高。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種天基告警監視系統的目標快速搜索識別方法，對空間飛行器周圍遠距離、大范圍空域可能出現的威脅目標進行快速搜索捕獲，并對視場范圍內的威脅目標進行自主測量和運動軌跡擬合，將測量數據提供給衛星系統進行目標識別分析、預警判斷和防撞規避。

為了實現以上目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種天基告警監視系統的目標快速搜索識別方法，其特點是，該方法包含如下步驟：

S1，在空間內利用光學相機進行視場掃描得到告警圖像；

S2，對獲得的告警圖像進行預處理，利用卷積模板獲取星點質心位置和圖像星點位置，根據星點質心的相對位置進行星圖匹配，匹配完成后得到當前光軸的指向相位；

S3，根據所述的當前光軸的指向相位計算出當前圖像內應該成像的恒星位置，將圖像星點位置與恒星位置進行對比，若星點不在星標的恒星位置上，則發現目標獲取其角度信息；

S4，微波雷達對探測的目標進行虛假確認，測定真實目標的距離和速度信息。

所述的步驟S4后還包含：

S5，在下一輪全域搜索過程中，利用已確認目標的運動信息建立航跡，通過航跡外推、分時多波束持續跟蹤定位，同時搜索新的威脅目標，并將信息實時提供給空間飛行器。

所述的步驟S3中發現目標后將得到的目標進行標記為第一目標～第N目標。

所述的步驟S4中需要剔除虛假目標。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：

1.空間告警監視系統結合光學相機和相控陣雷達，相對于微波雷達獨立工作，具有快速的空間非合作目標搜捕能力。

2.光學相機采用的是寬視場監視相機，可以對大范圍、遠距離的視場范圍直接快速搜索識別目標。

3.光學相機掃描得到告警圖像后，利用星圖匹配進行背景剔除，采用智能變增益技術，可以減少無效計算處理的消耗。

4.光學相機測得目標角度信息后引導相控陣雷達進行目標距離、速度判定，提高目標檢測的準確率。

5.光學相機和微波雷達聯合工作，可以快速搜索識別到目標，得到目標角度、距離、速度等高精度參數，達到快速準確的告警目的。

附圖說明

圖1為80°×160°的告警視場示意圖；

圖2為光學相機得到告警圖像，經過星圖匹配后得到的示意圖；

圖3為本發明天基告警監視系統的目標快速搜索識別方法的流程圖；

具體實施方式

以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。

本發明是空間告警監視系統結合光學系統和微波系統聯合工作，進行目標的快速掃描識別，其具體的實施方式如下：

如圖3所示，一種天基告警監視系統的目標快速搜索識別方法，包含如下步驟：

S1，在空間內利用光學相機進行視場掃描，視場范圍如圖1所示，告警視場為80°×160°，考慮在軌太陽光照的防護，以40°×20°視場的一體式小型化產品為基礎，視場拼接為80°×20°，以單步進18°，9個步進實現告警視場全覆蓋，得到告警圖像，對圖像中的目標進行背景剔除分析；

S2，對獲得的告警圖像進行預處理，利用卷積模板獲取星點質心位置和圖像星點位置，根據星點質心的相對位置進行星圖匹配，匹配完成后得到當前光軸的指向相位；

S3，根據所述的當前光軸的指向相位計算出當前圖像內應該成像的恒星位置，將圖像星點位置與恒星位置進行對比，若星點不在星標的恒星位置上，則發現目標獲取其角度信息，發現目標后將得到的目標進行標記為第一目標～第N目標(N≥1)；

S4，光學相機經過星圖匹配后得到第一目標～第N目標后，微波雷達對探測的目標進行虛假確認，剔除虛假目標，測定真實目標的距離和速度信息。

在具體實施例中，上述的步驟S4后還包含：S5，在下一輪全域搜索過程中，利用已確認目標的運動信息建立航跡，通過航跡外推、分時多波束持續跟蹤定位，同時搜索新的威脅目標，并將信息實時提供給空間飛行器。

具體的，首先利用光學相機進行大范圍的視場掃描，例如，在一個方位角為-40°～40°，俯仰角為-80°～80°，距離為200km的大范圍告警視場中，考慮到在軌太陽光照的防護，以40°×20°的視場小型化產品為基礎，視場拼接為80°×20°，如圖1，實現告警視場的全覆蓋，其中設定▲為設定目標，△為恒星或其他物體。

設定在視場范圍內有一目標位于(-10°,-35°)，在告警背景中發現不止一個亮點，利用星圖匹配對亮點進行背景剔除，為了提高捕獲概率，采用智能變增益技術，在目標捕獲后，若真實星等比較高，則可以降低相機探測靈敏度，便可以減少無效計算處理的消耗，增大目標探測的區域。經過星圖匹配后得到的目標如圖2所示，將其標記為目標1～目標3，引導微波系統對三個目標進行確定，圖2中▲為可疑目標，△為匹配的恒星。

在光學相機探測到目標后，微波系統根據光學系統測量的目標角度信息，將雷達系統直接指向光學系統測量的目標角度指向，便可以確認目標1～目標3是否存在，對測得距離速度信息的目標標記為真實目標，搜索流程如圖3所示。

通過參數設定計算得到，采用光學系統與微波系統聯合工作時，全空域搜索時間為90s，與雷達系統獨立工作的1280s相比，有效縮短了直接利用微波系統搜索目標的時間，實現目標的快速搜索識別。

綜上所述，本發明一種天基告警監視系統的目標快速搜索識別方法，對空間飛行器周圍遠距離、大范圍空域可能出現的威脅目標進行快速搜索捕獲，并對視場范圍內的威脅目標進行自主測量和運動軌跡擬合，將測量數據提供給衛星系統進行目標識別分析、預警判斷和防撞規避。

盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。