[发明专利]一种空间非合作多目标捕获与跟踪算法

说明书

本发明一种空间非合作多目标捕获与跟踪算法，基于捕获及观测相机恒星惯性空间位置不变性，通过连续帧图像数据比对实现恒星目标和非恒星目标分离完成非恒星目标识别与跟踪。首先通过非合作目标与恒星判别阈值实现候选非合作目标队列建立，其次通过非合作目标帧间比对阈值以及比对的帧间隔阈值对连续间隔帧数据进行比对以实现非恒星目标和背景星点的分离，通过帧间距离综合值对队列里随机的伪星点进行剔除以建立非合作目标队列，最后设置动态窗口并进行窗口预报来更新非合作目标队列以实现非合作多目标的稳定跟踪与测量。本发明算法解决了大视场范围空间非合作多目标捕获、跟踪与测量的技术难题，相关算法已在轨应用。

技术领域

本发明涉及一种空间非合作多目标捕获与跟踪算法，属于空间目标捕获与跟踪技术领域。

背景技术

卫星在侦查过程中，需要在运行轨道上观察未知的其他航天器即为空间非合作目标，利用现有的星敏感器技术远距离提供对空间非合作目标的导引，可以实现抵近侦查。

由于空间目标捕获及测量的星敏感器视场内空间非合作目标通常不唯一，同时多个非合作目标其光学特性和运动特性皆有不同，而且其与背景恒星像点有极高的形态相似性，给空间非合作多目标跟踪与测量制造了较大的困难。需要剔除恒星、行星目标以及随机图像噪声的干扰。

如何针对大视场范围空间非合作多目标捕获、跟踪与测量，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种融合基于背景星图多帧序列比对技术、目标运动特性预估技术与多阈值动态调节技术于一体的非合作多目标自动跟踪算法，解决了大视场范围空间以及航天器姿态机动条件下的非合作多目标捕获、跟踪与测量的技术难题。

本发明的技术方案是：

提供一种空间非合作多目标捕获与跟踪算法，其特征在于，步骤如下：

(1)星敏感器更新一帧星图，经过星图处理，得到星点，提取每个星点在星敏感器像面的位置(u,v)，长delRow，宽delCol以及能量energy，将所有满足delRow/delCol>0.2并且delRow/delCol<5的星点结构体nodes存入非合作目标候选队列QueueCur，结构体nodes表示为{u,v,energy,ra,dec}，ra和dec分别为位置(u,v)对应的赤经,赤纬；

(2)判断能否计算姿态矩阵Cij，如果能够计算则进入步骤(3)，否则返回步骤(1)；

(3)星敏感器更新一帧星图，经过星图处理，得到星点，提取每个星点在星敏感器像面的位置(u,v)，长delRow，宽delCol以及能量energy，将所有满足delRow/delCol>0.2并且delRow/delCol<5的星点结构体nodes存入非合作目标候选队列QueueCur；将不满足delRow/delCol>0.2或delRow/delCol<5条件的星点按能量energy大小进行排序，将能量energy排序在阈值之后的星点结构体nodes存入候选队列QueueCur；

(4)判断能否计算姿态矩阵Cij，如果能够计算则进入步骤(5)，否则返回步骤(1)；

(5)候选队列QueueCur中的任一星点在惯性坐标系下的矢量Vsi与星敏感器星表中的恒星矢量Vi进行比对，当满足二者的夹角小于设定阈值时，将该星点结构体nodes剔除候选队列QueueCur；