一种空间目标识别、定位、跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种空间目标识别、定位、跟踪方法，属于空间技术领域，用于对空间 目标进行探测跟踪、定轨预报、识别编目。本发明同时公开一种基于星敏感器的天基空间目 标监视系统。
【背景技术】
[0002] 空间目标监视系统是指对空间目标进行探测跟踪、定轨预报、识别编目、侦收分析 的情报系统。它具有监测非合作目标的能力。空间目标是指在宇宙空间运行的航天器和空 间碎片。
[0003] 空间目标监视系统包括探测系统、信息处理系统、通信系统和时统系统四个部分， 其中探测系统主要包括各种监视雷达、光学望远镜、激光测距仪和无线电侦察设备等。如果 按照部署的位置来划分，可以将空间目标监视系统分为地基空间目标监视系统和天基空间 目标监视系统。目前，世界上部署的较多的还是地基空间目标监视系统。但是，为了适应空 间安全新挑战，美国、俄罗斯等国家正在积极研宄部署天基空间目标监视系统。
[0004] 天基空间目标监视系统是指将空间目标探测设备部署在太空轨道上，利用"卫星 看卫星"来探测空间目标的一种空间目标监视系统。但是，由于通常使用的空间目标探测 设备（例如雷达、光学望远镜等）体积较大，对体积平台的设计需求较高，使得专门设计、研 制和部署一套天基空间目标监视系统成本高昂，因此，目前世界上只有美国部署了由1颗 SBSS卫星组成的天基空间目标监视系统。虽然从单颗卫星性能上讲美国的SBSS卫星的空 间目标监视能力还是比较强的，但是，由于SBSS卫星的数量有限使得整个系统的空间目标 监视能力还是非常有限。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种空间目标识别、定位、跟踪方法，利用在轨卫星平台上都必备安 装的星敏感器作为空间目标探测设备，发挥在轨卫星数量多、分布广的特点，无需专门发射 空间目标监视卫星就可以实时的探测到大量的空间目标，并从中获取空间目标监视信息。
[0006] 为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来具体实现：
[0007] 一种空间目标识别、定位、跟踪方法，包括：
[0008] 步骤一、由在轨卫星平台上的星敏感器对星空拍摄照片；
[0009] 步骤二、将拍摄的照片发送给地面信息接收装置；
[0010] 步骤三、地面信息接收装置将照片传输给数据处理计算机，由数据处理计算机对 接收到的照片进行特征提取，得到恒星图的同时识别出图中的空间目标；
[0011] 步骤四、将提取出的恒星图与数据库中的恒星图进行匹配，确定拍照时刻卫星平 台上装载的星敏感器在空间的指向，并结合照片中识别出来的空间目标在照片中的相对位 置，确定空间目标相对于卫星平台的位置；
[0012] 步骤五、结合卫星平台自身在空间的位置和空间目标相对于卫星平台的位置，确 定照片中空间目标在空间的位置。
[0013] 所述在轨卫星为低轨道卫星，并且所述空间目标为高轨道卫星。
[0014] 进一步的，所述低轨道卫星包括太阳同步轨道卫星，所述高轨道卫星包括地球同 步轨道卫星。
[0015] 步骤三中，对星敏感器拍摄的照片进行特征提取之前，先将照片处理成模拟图。
[0016] 步骤三中，将照片中的拖长轨迹作为空间目标进行识别。
[0017] 步骤四中，所述数据库中预存恒星星图，利用数据库内的信息与星敏感器拍摄的 恒星照片进行比对，从而确定星敏感器在空间的指向。具体的比对方法，可采用最普遍也最 简单的三角形星图识别算法，也可以采用其他的识别算法，如采用角距匹配的改进三角形 星图识别算法、基于P向量的星图识别算法等。本发明所述的一种空间目标识别、定位、跟 踪方法，通过多个星敏感器同时拍照和后续处理，可以很快得到空间目标的位置信息，与现 在国外卫星采用旋转拍摄的方式相比，具有快速高效、可用信息多、普查能力强的特点。
[0018] 本发明还提供了一种基于星敏感器的天基空间目标监视系统，主要由在轨卫星平 台上的星敏感器、地面信息接收装置、数据处理计算机和数据库组成，其中，
[0019] 所述星敏感器，用于对星空拍摄照片，并将拍摄的照片发送给地面信息接收装 置；
[0020] 所述地面信息接收装置，用于接收由星敏感器拍摄并传回的照片，并将照片发送 给数据处理计算机；
[0021] 所述数据处理计算机，用于接收地面信息接收装置发送的照片信息，对星敏感器 下传的照片处理后进行特征提取，得到恒星图的同时识别出图中的空间目标；将提取出的 恒星图与数据库中的恒星图进行匹配，以确定拍照时刻卫星平台上装载的星敏感器在空间 的指向，并结合照片中识别出来的空间目标在照片中的相对位置，确定空间目标相对于卫 星平台的位置；结合卫星平台自身在空间的位置和空间目标相对于卫星平台的位置，确定 照片中空间目标在空间的位置；
[0022] 所述数据库，用于储存恒星图库，供数据处理计算机调用。地面的数据处理计算机 要将星敏感器观测到的恒星图与数据库中的恒星图进行比对，从而确定卫星平台上装载的 星敏感器在空间的指向；
[0023] 所述在轨卫星为低轨道卫星，并且所述空间目标为高轨道卫星。
[0024] 所述低轨道卫星包括太阳同步轨道卫星，所述高轨道卫星包括地球同步轨道卫 星。
[0025] 所述数据库中预存恒星信息，利用数据库内的恒星星图信息与星敏感器拍摄的恒 星照片进行比对，从而确定星敏感器在空间的指向。这些信息可以为星敏感器拍摄的照片 提供比对的依据，进而为后续的相关工作提供支持。
[0026] 本发明所提出的基于星敏感器的天基空间目标监视系统就是在不影响卫星原有 任务的基础上，使之兼做了空间目标监视卫星，利用每颗卫星搜集的"无意识"信息来完成 一种普查式的空间目标监视，并利用数量上和体系的优势，弥补了我国专用监视卫星较少 和载荷监视能力不强的弱点，进而构建起我国的天基空间目标监视系统。同时，基于星敏感 器的天基空间目标监视系统的数据采集渠道、采集信息量和实时性都会大幅提升，有利于 迅捷的空间目标编目库的数据更新。
【附图说明】
[0027] 下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0028] 图1为现有技术利用星敏感器进行拍摄和识别的工作原理图。
[0029] 图2是本发明所述空间目标识别、定位、跟踪方法的原理图。
[0030] 图3是经过特征提取后的星图。
[0031] 图4是虚拟轨道的求解示意图。
[0032] 图5是曝光时间内目标卫星拖长轨迹与虚拟卫星拖长轨迹对比示意图。
【具体实施方式】
[0033] 如图1所示，星敏感器又称为恒星敏感器是当前被广泛应用的一种天体敏感器， 它是天文导航系统中一个重要的组成部分。它以恒星作为姿态测量的参考基准，可以输出 恒星在星敏感器坐标下的矢量方向，从而为航天器的姿态控制和天文导航提供高精度的测 量数据。其实，星敏感器就是一个专门用来拍摄恒星照片的星载照相机，应用星敏感器对卫 星姿态进行确定的工作流程就是：首先，对星空拍摄照片；然后，从照片中提取恒星图；第 三，将照片中的恒星图与星载数据库中的恒星图进行匹配，从而确定拍照时刻卫星平台上 装载的星敏感器在空间的指向；最后，由于星敏感器与卫星平台上的相对位置关系是固定 的且已知，因此就可以确定卫星在空间的姿态。
[0034] 如图2所示，本发明实施例所述空间目标识另I」、定位、跟踪方法，包括：
[0035] 步骤一、由在轨卫星平台上的星敏感器对星空拍摄照片；
[0036] 步骤二、将拍摄的照片发送给地面信息接收装置；
[0037] 步骤三、地面信息接收装置将照片传输给数据处理计算机，由数据处理计算机对 接收到的照片进行特征提取，得到恒星图的同时识别出图中的空间目标；
[0038] 步骤四、将提取出的恒星图与数据库中的恒星图进行匹配，确定拍照时刻卫星平 台上装载的星敏感器在空间的指向，并结合照片中识别出来的空间目标在照片中的相对位 置，确定空间目标相对于卫星平台的位置；
[0039] 步骤五、结合卫星平台自身在空间的位置和空间目标相对于卫星平台的位置，确 定照片中空间目标在空间的位置；
[0040] 所述在轨卫星为低轨道卫星，并且所述空间目标为高轨道卫星。
[0041] 进一步的，所述低轨道卫星包括太阳同步轨道卫星，所述高轨道卫星包括地球同 步轨道卫星。
[0042] 步骤三中，对星敏感器拍摄照片进行特征提取之前，先将照片处理成模拟图。
[0043] 步骤三中，