专利名称：一种空间目标的快速定位方法
技术领域：
本发明涉及一种天文观测技术领域，特别涉及一种空间目标的快速定位方法。
背景技术：
随着新技术装备的不断涌现和未来太空作战趋势的加剧，地球外层空间正逐步变成新的军事斗争领地。在这种新的军事斗争形式中，空间目标的探测定位在对空间目标的探测跟踪、定位定轨预报、识别编目、侦查和分析中发挥着基础性和关键性的作用，它具有重要的军事价值，不仅可以帮助确定潜在敌人的空间能力，还可以对可能发生的碰撞和对己方空间系统的攻击进行告警等。自1957年人类发射第I颗人造地球卫星后，空间目标探测便成为重要的军事任务。目前，美俄都已建立了庞大的地基探测系统，具备了对各种轨道的空间目标进行精确定位和跟踪的能力。与雷达探测系统作用距离远、可全天候工作相比，光电探测系统具有测量精度高、直观性强、技术成熟、投资成本低、能够对空间目标进行有效搜索和跟踪等优点，而且采用光学定位空间目标的方法作为一种被动、无源的探测手段，在战时具有极高的应用价值。我国在光电探测空间目标方面，主要是地基地平式光电望远镜以轴系方式进行定位跟踪，这种方法通过目标脱靶量和设备指向读数间接测定空间目标位置，实质是以站心坐标系作为中间参考架，相对中间参考架确定设备参数和空间目标位置，然后通过恒星的观测将中间参考架和天球参考架联系起来，监测设备参数随时间的变化，由内插到观测时刻的设备参数值来确定空间目标在天球参考架的位置。影响空间目标观测定位精度的因素主要有设备轴系误差、设备调平误差、测站天文经纬度误差、大气折射误差、脱靶量测量误差以及坐标系转换过程中的计算误差。增强型CXD的出现，使望远镜在达到相同探测能力的情况下，曝光时间、焦距可以进一步减小，扩大视场，有利于空间目标和星空背景的同时观测。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种地基光电望远镜的空间目标快速定位方法，该方法要求视场中存在至少3颗或以上恒星，通过对背景恒星的局部星图识别以及对未知空间目标的投影映射完成空间目标的快速测量定位。本发明解决技术问题所采用的技术方案如下步骤一采集望远镜当前的编码器和时统信息，利用天文定位三角形和已知测站的天文坐标，计算望远镜视轴在天球坐标系中的指向；步骤二 依据望远镜的视轴指向和视场大小，在星表中提取视轴指向附近天区的导航星，根据星对角距识别特征构建局部天区的特征数据库；步骤三采集望远镜拍摄的包含未知空间目标及恒星背景的实时图像，提取图像中特征量，结合局部天区的特征数据库和望远镜的成像模型，通过局部星图识别方法识别图像中的星像点；步骤四建立图像中的星像点与星表中导航星的对应关系后，修正对应导航星从星表中的标准历元平位置到视位置；步骤五根据望远镜在天球坐标系中的姿态转换矩阵，将空间目标的图像坐标映射到天球表面，即得到空间目标的位置坐标。本发明的有益效果是1.嵌入局部星图识别算法，能够明显提高对未知空间目标的定位速度；2.不受望远镜轴系误差的影响；3.数据无需在各坐标系之间进行转换，减少计算过程带来的误差，提高了定位精度；
图1为天文定位三角形示意图。图2为光电望远镜的小孔成像模型示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。步骤一采集望远镜当前的编码器和时统信息，已知测站天文坐标，利用天文定位三角形计算望远镜视轴在时角坐标系中的指向，进而得到视轴在天球坐标系中的指向；图1所示为天文定位三角形，O为测站，Z为天顶，P为北天极，σ为视轴在天球坐标系中的指向，已知测站天文纬度A由定位三角形可得地平式光电望远镜视轴指向的时角t、赤纬δ，三个公式是为了判断时角t的象限。
权利要求
1.一种空间目标的快速定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤 步骤一采集望远镜当前的编码器和时统信息，利用天文定位三角形和已知测站的天文坐标，计算望远镜视轴在天球坐标系中的指向； 步骤二 依据望远镜的视轴指向和视场大小，在星表中提取视轴指向附近天区的导航星，根据星对角距识别特征构建局部天区的特征数据库； 步骤三采集望远镜拍摄的包含未知空间目标及恒星背景的实时图像，提取图像中特征量，结合局部天区的特征数据库和望远镜的成像模型，通过局部星图识别的方法识别图像中的星像点； 步骤四建立图像中的星像点与星表中导航星的对应关系后，修正对应导航星从星表中的标准历元平位置到视位置； 步骤五根据望远镜在天球坐标系中的姿态转换矩阵，将空间目标的图像坐标映射到天球表面，得到空间目标的位置坐标。
2.如权利要求1所述的地基光电望远镜的空间目标快速捕获定位方法，其特征在于，所述局部星图识别方法包括如下步骤已知望远镜所在测站的天文坐标，采集望远镜的编码器角度值和时统信息，计算当前时刻望远镜视轴在天球坐标系中的指向，从星表中提取视轴指向附近天区的导航星，构建局部特征库，并以此为依据识别实时图像中的星像点。
全文摘要
一种空间目标的快速定位方法涉及一种天文观测技术领域，该方法可通过对背景恒星的局部星图识别以及对未知空间目标投影映射的方式完成未知空间目标的快速测量定位。该方法包括如下步骤计算望远镜视轴指向；构建局部特征库；局部星图识别；修正恒星位置；计算旋转矩阵，定位空间目标。本发明嵌入局部星图识别算法，能够明显提高识别速度，实现对未知空间目标的实时定位；通过视场中均匀分布的多颗恒星定位未知空间目标，不受望远镜轴系误差的影响；参考星与未知空间目标属于同一坐标系，无需坐标系间的转换，提高了定位精度。
文档编号G01C21/02GK103047985SQ20121056271
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者张磊 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所