專利名稱：一種空間目標(biāo)的快速定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天文觀測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種空間目標(biāo)的快速定位方法。
背景技術(shù)：
隨著新技術(shù)裝備的不斷涌現(xiàn)和未來(lái)太空作戰(zhàn)趨勢(shì)的加劇，地球外層空間正逐步變成新的軍事斗爭(zhēng)領(lǐng)地。在這種新的軍事斗爭(zhēng)形式中，空間目標(biāo)的探測(cè)定位在對(duì)空間目標(biāo)的探測(cè)跟蹤、定位定軌預(yù)報(bào)、識(shí)別編目、偵查和分析中發(fā)揮著基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性的作用，它具有重要的軍事價(jià)值，不僅可以幫助確定潛在敵人的空間能力，還可以對(duì)可能發(fā)生的碰撞和對(duì)己方空間系統(tǒng)的攻擊進(jìn)行告警等。自1957年人類發(fā)射第I顆人造地球衛(wèi)星后，空間目標(biāo)探測(cè)便成為重要的軍事任務(wù)。目前，美俄都已建立了龐大的地基探測(cè)系統(tǒng)，具備了對(duì)各種軌道的空間目標(biāo)進(jìn)行精確定位和跟蹤的能力。與雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)作用距離遠(yuǎn)、可全天候工作相比，光電探測(cè)系統(tǒng)具有測(cè)量精度高、直觀性強(qiáng)、技術(shù)成熟、投資成本低、能夠?qū)臻g目標(biāo)進(jìn)行有效搜索和跟蹤等優(yōu)點(diǎn)，而且采用光學(xué)定位空間目標(biāo)的方法作為一種被動(dòng)、無(wú)源的探測(cè)手段，在戰(zhàn)時(shí)具有極高的應(yīng)用價(jià)值。我國(guó)在光電探測(cè)空間目標(biāo)方面，主要是地基地平式光電望遠(yuǎn)鏡以軸系方式進(jìn)行定位跟蹤，這種方法通過(guò)目標(biāo)脫靶量和設(shè)備指向讀數(shù)間接測(cè)定空間目標(biāo)位置，實(shí)質(zhì)是以站心坐標(biāo)系作為中間參考架，相對(duì)中間參考架確定設(shè)備參數(shù)和空間目標(biāo)位置，然后通過(guò)恒星的觀測(cè)將中間參考架和天球參考架聯(lián)系起來(lái)，監(jiān)測(cè)設(shè)備參數(shù)隨時(shí)間的變化，由內(nèi)插到觀測(cè)時(shí)刻的設(shè)備參數(shù)值來(lái)確定空間目標(biāo)在天球參考架的位置。影響空間目標(biāo)觀測(cè)定位精度的因素主要有設(shè)備軸系誤差、設(shè)備調(diào)平誤差、測(cè)站天文經(jīng)緯度誤差、大氣折射誤差、脫靶量測(cè)量誤差以及坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換過(guò)程中的計(jì)算誤差。增強(qiáng)型CXD的出現(xiàn)，使望遠(yuǎn)鏡在達(dá)到相同探測(cè)能力的情況下，曝光時(shí)間、焦距可以進(jìn)一步減小，擴(kuò)大視場(chǎng)，有利于空間目標(biāo)和星空背景的同時(shí)觀測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種地基光電望遠(yuǎn)鏡的空間目標(biāo)快速定位方法，該方法要求視場(chǎng)中存在至少3顆或以上恒星，通過(guò)對(duì)背景恒星的局部星圖識(shí)別以及對(duì)未知空間目標(biāo)的投影映射完成空間目標(biāo)的快速測(cè)量定位。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下步驟一采集望遠(yuǎn)鏡當(dāng)前的編碼器和時(shí)統(tǒng)信息，利用天文定位三角形和已知測(cè)站的天文坐標(biāo)，計(jì)算望遠(yuǎn)鏡視軸在天球坐標(biāo)系中的指向；步驟二 依據(jù)望遠(yuǎn)鏡的視軸指向和視場(chǎng)大小，在星表中提取視軸指向附近天區(qū)的導(dǎo)航星，根據(jù)星對(duì)角距識(shí)別特征構(gòu)建局部天區(qū)的特征數(shù)據(jù)庫(kù)；步驟三采集望遠(yuǎn)鏡拍攝的包含未知空間目標(biāo)及恒星背景的實(shí)時(shí)圖像，提取圖像中特征量，結(jié)合局部天區(qū)的特征數(shù)據(jù)庫(kù)和望遠(yuǎn)鏡的成像模型，通過(guò)局部星圖識(shí)別方法識(shí)別圖像中的星像點(diǎn)；步驟四建立圖像中的星像點(diǎn)與星表中導(dǎo)航星的對(duì)應(yīng)關(guān)系后，修正對(duì)應(yīng)導(dǎo)航星從星表中的標(biāo)準(zhǔn)歷元平位置到視位置；步驟五根據(jù)望遠(yuǎn)鏡在天球坐標(biāo)系中的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣，將空間目標(biāo)的圖像坐標(biāo)映射到天球表面，即得到空間目標(biāo)的位置坐標(biāo)。本發(fā)明的有益效果是1.嵌入局部星圖識(shí)別算法，能夠明顯提高對(duì)未知空間目標(biāo)的定位速度；2.不受望遠(yuǎn)鏡軸系誤差的影響；3.數(shù)據(jù)無(wú)需在各坐標(biāo)系之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，減少計(jì)算過(guò)程帶來(lái)的誤差，提高了定位精度；


圖1為天文定位三角形示意圖。圖2為光電望遠(yuǎn)鏡的小孔成像模型示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。步驟一采集望遠(yuǎn)鏡當(dāng)前的編碼器和時(shí)統(tǒng)信息，已知測(cè)站天文坐標(biāo)，利用天文定位三角形計(jì)算望遠(yuǎn)鏡視軸在時(shí)角坐標(biāo)系中的指向，進(jìn)而得到視軸在天球坐標(biāo)系中的指向；圖1所示為天文定位三角形，O為測(cè)站，Z為天頂，P為北天極，σ為視軸在天球坐標(biāo)系中的指向，已知測(cè)站天文緯度A由定位三角形可得地平式光電望遠(yuǎn)鏡視軸指向的時(shí)角t、赤緯δ，三個(gè)公式是為了判斷時(shí)角t的象限。
權(quán)利要求
1.一種空間目標(biāo)的快速定位方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 步驟一采集望遠(yuǎn)鏡當(dāng)前的編碼器和時(shí)統(tǒng)信息，利用天文定位三角形和已知測(cè)站的天文坐標(biāo)，計(jì)算望遠(yuǎn)鏡視軸在天球坐標(biāo)系中的指向； 步驟二 依據(jù)望遠(yuǎn)鏡的視軸指向和視場(chǎng)大小，在星表中提取視軸指向附近天區(qū)的導(dǎo)航星，根據(jù)星對(duì)角距識(shí)別特征構(gòu)建局部天區(qū)的特征數(shù)據(jù)庫(kù)； 步驟三采集望遠(yuǎn)鏡拍攝的包含未知空間目標(biāo)及恒星背景的實(shí)時(shí)圖像，提取圖像中特征量，結(jié)合局部天區(qū)的特征數(shù)據(jù)庫(kù)和望遠(yuǎn)鏡的成像模型，通過(guò)局部星圖識(shí)別的方法識(shí)別圖像中的星像點(diǎn)； 步驟四建立圖像中的星像點(diǎn)與星表中導(dǎo)航星的對(duì)應(yīng)關(guān)系后，修正對(duì)應(yīng)導(dǎo)航星從星表中的標(biāo)準(zhǔn)歷元平位置到視位置； 步驟五根據(jù)望遠(yuǎn)鏡在天球坐標(biāo)系中的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣，將空間目標(biāo)的圖像坐標(biāo)映射到天球表面，得到空間目標(biāo)的位置坐標(biāo)。
2.如權(quán)利要求1所述的地基光電望遠(yuǎn)鏡的空間目標(biāo)快速捕獲定位方法，其特征在于，所述局部星圖識(shí)別方法包括如下步驟已知望遠(yuǎn)鏡所在測(cè)站的天文坐標(biāo)，采集望遠(yuǎn)鏡的編碼器角度值和時(shí)統(tǒng)信息，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻望遠(yuǎn)鏡視軸在天球坐標(biāo)系中的指向，從星表中提取視軸指向附近天區(qū)的導(dǎo)航星，構(gòu)建局部特征庫(kù)，并以此為依據(jù)識(shí)別實(shí)時(shí)圖像中的星像點(diǎn)。
全文摘要
一種空間目標(biāo)的快速定位方法涉及一種天文觀測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，該方法可通過(guò)對(duì)背景恒星的局部星圖識(shí)別以及對(duì)未知空間目標(biāo)投影映射的方式完成未知空間目標(biāo)的快速測(cè)量定位。該方法包括如下步驟計(jì)算望遠(yuǎn)鏡視軸指向；構(gòu)建局部特征庫(kù)；局部星圖識(shí)別；修正恒星位置；計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣，定位空間目標(biāo)。本發(fā)明嵌入局部星圖識(shí)別算法，能夠明顯提高識(shí)別速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)未知空間目標(biāo)的實(shí)時(shí)定位；通過(guò)視場(chǎng)中均勻分布的多顆恒星定位未知空間目標(biāo)，不受望遠(yuǎn)鏡軸系誤差的影響；參考星與未知空間目標(biāo)屬于同一坐標(biāo)系，無(wú)需坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換，提高了定位精度。
文檔編號(hào)G01C21/02GK103047985SQ20121056271
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者張磊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所