[發(fā)明專利]一種低軌衛(wèi)星星載圖譜關(guān)聯(lián)探測方法與載荷

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410851144.8
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104502918A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張?zhí)煨?/a>;楊智慧;劉珈羽;周雨田;姚守悝;張俊青
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 廖盈春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星星載遙感探測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種低軌衛(wèi)星星載圖譜關(guān)聯(lián)探測方法與載荷。

背景技術(shù)

低軌衛(wèi)星是指運行在地球上空500km～10000km的橢圓軌道衛(wèi)星，其運行軌道示意圖如圖1所示，不同于同步軌道衛(wèi)星，低軌衛(wèi)星軌道高度低，和地球間相對運動速度較快，由stk軟件導(dǎo)出的美國MSX衛(wèi)星相對地球的運動速度就在7km/s～7.59km/s之間。對臨邊和地球背景中的強干擾物體(如卷云、結(jié)冰湖面、雷電等)在成像過程會產(chǎn)生較大的幀間像素偏移，形成虛假目標(biāo)，因此需要有針對于衛(wèi)星運動、地球運動和物體運動補償?shù)乃惴ā?/p>

一切物體都會輻射能量且其光譜曲線唯一，可利用光譜唯一性對檢測出的目標(biāo)進行識別。現(xiàn)有國內(nèi)外低軌遙感載荷均沒有既能探測動目標(biāo)和時變對象的紅外圖像信息，又能探測其紅外光譜的能力，如美國的MSX衛(wèi)星，不能對不同背景區(qū)域下動態(tài)變化的動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象進行實時紅外光譜數(shù)據(jù)采集和遙感探測。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種低軌衛(wèi)星星載圖譜關(guān)聯(lián)探測方法與載荷，能同時探測動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象的紅外圖像信息及其紅外光譜，實現(xiàn)對場景中的多個動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象進行自動檢測、跟蹤、測譜與識別，且識別效率高，跟蹤定位精確度高。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種低軌衛(wèi)星星載圖譜關(guān)聯(lián)探測方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)檢測并跟蹤動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象；進一步包括如下子步驟：

(1-1)對紅外圖像進行背景雜波抑制；

(1-2)將抑制后的圖像進行門限分割，提取疑似動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象；

(1-3)以疑似動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象為處理對象，通過執(zhí)行步驟(A1)～(A4)，檢測出真實的動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象，并將視場中心置于動目標(biāo)或動態(tài)現(xiàn)象的預(yù)測位置對其進行跟蹤；

(1-4)測量視場中心周圍區(qū)域的紅外寬光譜，得到與動目標(biāo)或動態(tài)現(xiàn)象對應(yīng)的區(qū)域光譜；

(1-5)以步驟(1-3)跟蹤的動目標(biāo)或動態(tài)現(xiàn)象為處理對象，重復(fù)執(zhí)行步驟(A1)～(A4)，實現(xiàn)對動目標(biāo)或動態(tài)現(xiàn)象的跟蹤；

其中，所述步驟(A1)～(A4)分別為：

(A1)對多幀圖像的處理對象進行坐標(biāo)變換的像素偏移補償；

(A2)對像素偏移補償后的多幀圖像進行關(guān)聯(lián)，檢測出真實的處理對象；

(A3)在處理對象為動目標(biāo)時，計算其像面速度特征，得到其預(yù)測位置；在處理對象為動態(tài)現(xiàn)象時，計算其灰度特征，得到其預(yù)測位置；

(A4)定位下一幀處理對象的位置到其預(yù)測位置，將視場中心置于處理對象的預(yù)測位置；

(2)對動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象的紅外光譜進行多維度特性分析，以識別動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象；進一步包括如下子步驟：

(2-1)定位動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象并測量其紅外光譜；

(2-2)對動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象的紅外光譜進行補償校正；

(2-3)從校正后的動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象的紅外光譜中剔除與其對應(yīng)的區(qū)域光譜，進而提取動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象的紅外光譜指紋；

(2-4)將動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象的紅外光譜指紋與典型的紅外光譜庫進行匹配，以識別動目標(biāo)和動態(tài)現(xiàn)象。

優(yōu)選地，所述步驟(A1)中，對相鄰兩幀圖像的處理對象進行坐標(biāo)變換的像素偏移補償通過如下方法實現(xiàn)：

(B1)根據(jù)探測衛(wèi)星和太陽的位置，確定地心固聯(lián)坐標(biāo)系到衛(wèi)星坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣M₁，確定衛(wèi)星坐標(biāo)系到圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣M₂；

其中，地心固聯(lián)坐標(biāo)系中，地心為原點O，X軸指向本初子午線，Z軸指向北極點，對X軸和Z軸按照右手螺旋法得到的方向為Y軸方向；衛(wèi)星坐標(biāo)系中，探測衛(wèi)星指向地心方向l₁為Z′軸方向，探測衛(wèi)星指向太陽的方向為l₂，由l₁和l₂叉乘得到的向量方向為Y′軸方向，對Y′軸和Z′軸按照右手螺旋法則得到的方向為X′軸方向；圖像中的單個像素點在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)是該像素點所在的行數(shù)和列數(shù)，圖像u坐標(biāo)軸與Y′軸同方向，圖像v坐標(biāo)軸與Z′OX′平面平行，與X′軸和Z′軸均成45度夾角；