[發明專利]基于主焦點大視場光電望遠鏡的空間目標識別方法

有效

• 申請號: 201911130890.7
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110889353B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 楊文波;劉德龍;李振偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺長春人造衛星觀測站
• 主分類號: G06V20/13
• 分類號: G06V20/13;G06V10/762;G06T7/66
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

基于主焦點大視場光電望遠鏡的空間目標識別方法，涉及星圖識別技術領域，解決現有空間目標識別方法在空間目標識別過程中，采用閉環跟蹤方式難以應對巨大的實時數據量，難以滿足實時性要求，存在閉環跟蹤困難，使主視場不能長時間的對空間目標進行觀測，無法識別出空間目標等問題，本發明針對主焦點大視場光電望遠鏡的空間目標識別方法，可以自動高效的識別空間目標，進一步完善和發展目標識別在天體測量領域的能力應用，同時為探索點源目標識別與跟蹤技術提供新的思路和理論基礎。本發明可用于對長春人衛站40cm精密測量型地基光電望遠鏡的改造，提高系統的觀測自動化程度，實現系統無人值守的觀測運行模式。具有重要的實際應用價值。

技術領域

本發明涉及一種基于主焦點大視場光電望遠鏡的空間目標識別方法。

背景技術

主焦點大視場光電望遠鏡屬于地基光電望遠鏡，它具備強光力的特點，在主焦點處安裝大靶面高性能天文相機，可對暗弱小的空間目標進行觀測并定位。

望遠鏡的視場越大，聚光的能力越強，對空間目標搜索和跟蹤越有利。因此，空間目標的天文定位和弧長均會增加，軌道關聯的任務也會減輕。

由于主焦點大視場光電望遠鏡的觀測視場大，并且需要通過增加曝光時間提高對暗弱目標的探測能力，因此在觀測到空間目標的同時，也會引入大量恒星星象的干擾。因此，如何從眾多星象中識別出空間目標是天文定位的關鍵問題。

目前主要有以下幾種空間目標檢測方法：

1.掩碼方法。該方法利用實際觀測圖像減去帶有掩碼的恒星參考幀圖像，從殘留的星像中即可檢測出空間目標。

2.形態識別。當采用長曝光時間(通常在數秒以上)的策略來觀測GEO空間目標時，空間目標的星像呈點狀，背景恒星的星象則被拉成長條狀；因此，參考曝光時間，將星象長寬比作為判據，可實現對目標的檢測。

3.統計量識別。由于GEO的空間目標和背景恒星由于幾何形態上的差異，導致它們的轉動慣量也不同，因此引入主慣性矩之比作為檢測依據，標記可能的空間目標。

4.數學形態學方法。數學形態學建立在集合論基礎之上，其本質在于使用一定形態的結構元素度量和提取圖像中對應的幾何形狀，達到分析和識別圖像的目的。

5.疊加方法。該方法主要用于對暗弱的GEO目標檢測，尤其是空間碎片。由于GEO目標在觀測時相對測站靜止，在序列圖像中位置變化很小，而背景恒星存在周日視運動，在序列圖像中的位置發生改變。

但由于主焦點大視場光電望遠鏡的觀測視場大，并且空間目標與恒星距離較遠，空間目標僅占少量的像素，形態特征大大弱化，細節特征基本缺失，難以利用方法2，方法3，方法4和方法5識別空間目標。另外，由于望遠鏡探測能力強，會引入大量恒星星象，也難以利用方法1實現空間目標的識別。

綜上所述，若實現對主焦點大視場空間目標識別，要求識別概率高，虛警率小，必須要提取具有良好描述的目標特征，以及實現目標特征的精確計算。

空間目標光學觀測與一般天文觀測的最大不同在于，觀測對象相對于背景恒星在快速移動。因此，望遠鏡需要用目標跟蹤的模式進行觀測。空間目標的跟蹤可分為閉環跟蹤和開環跟蹤兩種方式。

閉環跟蹤是在跟蹤期間實時地利用圖像數據調整望遠鏡運動的跟蹤方式。但隨著相機技術的發展，圖像數據越來越大，傳統的基于WINDOWS的圖像采集和處理系統難以應對巨大的實時數據量，難以滿足實時性要求，閉環跟蹤困難，使主視場不能長時間的對空間目標進行觀測。

開環跟蹤是在整個跟蹤期間只利用預報數據引導望遠鏡運動的跟蹤模式。目前已編目的空間目標預報精度已足夠支持開環跟蹤。相對于閉環跟蹤模式，開環跟蹤可以使望遠鏡運動控制與圖像數據處理分開實現，其抗干擾能力強，容易實現穩健的跟蹤，提供質量更穩定的天文定位數據。