[發明專利]一種基于ISAR成像的自旋穩定目標旋轉軸估計方法

在審

• 申請號: 202010728014.0
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN112069651A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 羅熹;宋大偉;尚社;孫文鋒;范曉彥;李棟;王建曉
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T7/73
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐曉艷

本發明提供了一種基于ISAR成像的自旋穩定目標旋轉軸估計方法：首先，通過空間自旋目標ISAR三維成像結果進行L個特征點提取，得到不同時刻對應的N幅圖像中每個特征點的散射坐標P_n,i，其次，根據特征點的散射坐標P_n,i構建散射點坐標矩陣P，再次通過計算所得均值矩陣K對散射點矩陣進行去均值(白化)處理，得到去均值后的散射點坐標矩陣并求解去均值后的散射點坐標矩陣的協方差矩陣C_P，然后對得到的協方差矩陣進行奇異值分解處理，得到最大特征值Λ及其對應的特征向量Q；最后通過得到的最大特征值對應的特征向量，實現自旋穩定目標旋轉軸標定。

技術領域

本發明涉及一種目標姿態參數估計方法，特別是一種基于ISAR成像的自旋穩定目標旋轉軸估計方法，屬于微波遙感技術領域。

背景技術

隨著失效航天器在軌移除、空間碎片清理等在軌服務任務需求不斷增加，其中空間非合作目標捕獲技術則是該任務實現的核心技術之一，該技術的主要難點在于航天器無法自主提取有效的非合作目標姿態參數等信息，從而無法實現抓捕、移除等在軌操作任務。因此為實現自旋廢棄航天器抓捕、回收等在軌操作任務，探測載荷需向操作載荷提供準確的相對導航信息，而目標旋轉軸指向標定就是其中一項重要信息。

目前針對目標姿態參數估計的方式主要包含光學或者微波體制，其中光學體制利用多部CCD相機采集每幀圖像進行最小二乘擬合空間平面，達到目標旋轉軸估計目標，但光學手段存在設備量大、環境適應性等缺陷。而微波體制主要采用一維距離像或二維ISAR圖像實現參數估計，可以克服光學環境適應性的問題，但目前并未出現利用ISAR圖像實現自旋穩定目標旋轉軸估計的報道，所以本文提出的方法具有較強的創新性。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出一種基于ISAR成像的自旋穩定目標旋轉軸估計方法，在空間自旋目標的ISAR三維像的基礎上，建立自旋目標主軸估計簡化模型，提取目標特征散射點，構造散射點位置矩陣和求解協方差矩陣，取出最大特征值對應的特征向量，最后確定旋轉主軸的表達式，實現空間旋轉目標旋轉軸的指向標定。

本發明的技術解決方案是：一種基于ISAR成像的自旋穩定目標旋轉軸估計方法，該方法步驟如下：

(1)、通過空間自旋目標ISAR三維成像結果進行L個特征點提取，得到不同時刻對應的N幅圖像中每個特征點的散射坐標P_n,i，并根據特征點的散射坐標P_n,i構建散射點坐標矩陣P，n＝1～N，i＝1～L，N為圖像張數，L為強散射點個數；

(2)、根據坐標散射點矩陣P，計算散射點坐標均值矢量k，并利用k構造均值矩陣K，采用均值矩陣K對散射點坐標矩陣P進行去均值處理，從而消除圖像背景雜波；

(3)、計算去均值處理后的散射點坐標矩陣的協方差矩陣C_p；

(4)、對去均值處理后的散射點坐標矩陣的協方差矩陣C_p進行奇異值分解，得到協方差矩陣C_p全部特征值及其對應的特征向量Q＝[e₁,e₂,e₃]；

(5)、按照特征值從大到小的順序排列協方差矩陣C_p全部特征值及其對應的特征向量，則較大特征值對應的特征向量可表示為圖像主軸方向e_opt，即實現自旋穩定目標旋轉軸方向標定。

不同時刻對應的N幅圖像中每個特征點的散射坐標為利用散射點強度閾值篩選法得到的強散射點空間位置坐標。

所述散射點坐標矩陣P為：

P＝[p_n,1,p_n,2,…,p_n,L-1,p_n,L]