[发明专利]一种基于ISAR成像的自旋稳定目标旋转轴估计方法

说明书

本发明提供了一种基于ISAR成像的自旋稳定目标旋转轴估计方法：首先，通过空间自旋目标ISAR三维成像结果进行L个特征点提取，得到不同时刻对应的N幅图像中每个特征点的散射坐标P_n,i，其次，根据特征点的散射坐标P_n,i构建散射点坐标矩阵P，再次通过计算所得均值矩阵K对散射点矩阵进行去均值(白化)处理，得到去均值后的散射点坐标矩阵并求解去均值后的散射点坐标矩阵的协方差矩阵C_P，然后对得到的协方差矩阵进行奇异值分解处理，得到最大特征值Λ及其对应的特征向量Q；最后通过得到的最大特征值对应的特征向量，实现自旋稳定目标旋转轴标定。

技术领域

本发明涉及一种目标姿态参数估计方法，特别是一种基于ISAR成像的自旋稳定目标旋转轴估计方法，属于微波遥感技术领域。

背景技术

随着失效航天器在轨移除、空间碎片清理等在轨服务任务需求不断增加，其中空间非合作目标捕获技术则是该任务实现的核心技术之一，该技术的主要难点在于航天器无法自主提取有效的非合作目标姿态参数等信息，从而无法实现抓捕、移除等在轨操作任务。因此为实现自旋废弃航天器抓捕、回收等在轨操作任务，探测载荷需向操作载荷提供准确的相对导航信息，而目标旋转轴指向标定就是其中一项重要信息。

目前针对目标姿态参数估计的方式主要包含光学或者微波体制，其中光学体制利用多部CCD相机采集每帧图像进行最小二乘拟合空间平面，达到目标旋转轴估计目标，但光学手段存在设备量大、环境适应性等缺陷。而微波体制主要采用一维距离像或二维ISAR图像实现参数估计，可以克服光学环境适应性的问题，但目前并未出现利用ISAR图像实现自旋稳定目标旋转轴估计的报道，所以本文提出的方法具有较强的创新性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于ISAR成像的自旋稳定目标旋转轴估计方法，在空间自旋目标的ISAR三维像的基础上，建立自旋目标主轴估计简化模型，提取目标特征散射点，构造散射点位置矩阵和求解协方差矩阵，取出最大特征值对应的特征向量，最后确定旋转主轴的表达式，实现空间旋转目标旋转轴的指向标定。

本发明的技术解决方案是：一种基于ISAR成像的自旋稳定目标旋转轴估计方法，该方法步骤如下：

(1)、通过空间自旋目标ISAR三维成像结果进行L个特征点提取，得到不同时刻对应的N幅图像中每个特征点的散射坐标P_n,i，并根据特征点的散射坐标P_n,i构建散射点坐标矩阵P，n＝1～N，i＝1～L，N为图像张数，L为强散射点个数；

(2)、根据坐标散射点矩阵P，计算散射点坐标均值矢量k，并利用k构造均值矩阵K，采用均值矩阵K对散射点坐标矩阵P进行去均值处理，从而消除图像背景杂波；

(3)、计算去均值处理后的散射点坐标矩阵的协方差矩阵C_p；

(4)、对去均值处理后的散射点坐标矩阵的协方差矩阵C_p进行奇异值分解，得到协方差矩阵C_p全部特征值及其对应的特征向量Q＝[e₁,e₂,e₃]；

(5)、按照特征值从大到小的顺序排列协方差矩阵C_p全部特征值及其对应的特征向量，则较大特征值对应的特征向量可表示为图像主轴方向e_opt，即实现自旋稳定目标旋转轴方向标定。

不同时刻对应的N幅图像中每个特征点的散射坐标为利用散射点强度阈值筛选法得到的强散射点空间位置坐标。

所述散射点坐标矩阵P为：

P＝[p_n,1,p_n,2,…,p_n,L-1,p_n,L]