一种低轨卫星星载图谱关联探测方法与载荷的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种低轨卫星星载图谱关联探测方法与载荷。该方法包括：(1)具有基于像素偏移补偿方法的检测并跟踪动目标和动态现象；(2)对动目标和动态现象的红外光谱进行多维度特性分析，以识别动目标和动态现象。该载荷包括二维伺服转台、红外反射镜、多谱段红外光学系统、红外成像单元、宽波段红外测谱单元、数据处理单元和控制单元。本发明实现了红外成像光路和短/中/长波红外测谱光路共光轴，能同时探测动目标和动态现象的红外图像信息及其红外光谱，实现对场景中的多个动目标和动态现象进行自动检测、跟踪、测谱与识别，且识别效率高，跟踪定位精确度高。
【专利说明】-种低轨卫星星载图谱关联探测方法与载荷
【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星星载遥感探测【技术领域】，更具体地，设及一种低轨卫星星载图谱 关联探测方法与载荷。
【背景技术】
[0002] 低轨卫星是指运行在地球上空500km?10000km的楠圆轨道卫星，其运行轨道示 意图如图1所示，不同于同步轨道卫星，低轨卫星轨道高度低，和地球间相对运动速度较 快，由stk软件导出的美国MSX卫星相对地球的运动速度就在7km/s?7. 59km/s之间。对 临边和地球背景中的强干扰物体（如卷云、结冰湖面、雷电等）在成像过程会产生较大的 帖间像素偏移，形成虚假目标，因此需要有针对于卫星运动、地球运动和物体运动补偿的算 法。
[0003] 一切物体都会福射能量且其光谱曲线唯一，可利用光谱唯一性对检测出的目标进 行识别。现有国内外低轨遥感载荷均没有既能探测动目标和时变对象的红外图像信息，又 能探测其红外光谱的能力，如美国的MSX卫星，不能对不同背景区域下动态变化的动目标 和动态现象进行实时红外光谱数据采集和遥感探测。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本发明提供了一种低轨卫星星载图谱关联 探测方法与载荷，能同时探测动目标和动态现象的红外图像信息及其红外光谱，实现对场 景中的多个动目标和动态现象进行自动检测、跟踪、测谱与识别，且识别效率高，跟踪定位 精确度高。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种低轨卫星星载图谱关联探测方法，其特征在 于，包括如下步骤：
[0006] (1)检测并跟踪动目标和动态现象；进一步包括如下子步骤：
[0007] (1-1)对红外图像进行背景杂波抑制；
[000引 （1-2)将抑制后的图像进行口限分割，提取疑似动目标和动态现象；
[0009] (1-3) W疑似动目标和动态现象为处理对象，通过执行步骤（A1)?（A4)，检测出 真实的动目标和动态现象，并将视场中屯、置于动目标或动态现象的预测位置对其进行跟 踪；
[0010] (1-4)测量视场中屯、周围区域的红外宽光谱，得到与动目标或动态现象对应的区 域光谱；
[0011] (1-5) W步骤（1-3)跟踪的动目标或动态现象为处理对象，重复执行步骤（A1)? (A4)，实现对动目标或动态现象的跟踪；
[0012] 其中，所述步骤（A1)?（A4)分别为：
[0013] (A1)对多帖图像的处理对象进行坐标变换的像素偏移补偿；
[0014] (A2)对像素偏移补偿后的多帖图像进行关联，检测出真实的处理对象；
[0015] (A3)在处理对象为动目标时，计算其像面速度特征，得到其预测位置；在处理对 象为动态现象时，计算其灰度特征，得到其预测位置；
[0016] (A4)定位下一帖处理对象的位置到其预测位置，将视场中屯、置于处理对象的预测 位置；
[0017] (2)对动目标和动态现象的红外光谱进行多维度特性分析，W识别动目标和动态 现象；进一步包括如下子步骤：
[0018] (2-1)定位动目标和动态现象并测量其红外光谱；
[0019] (2-2)对动目标和动态现象的红外光谱进行补偿校正；
[0020] (2-3)从校正后的动目标和动态现象的红外光谱中剔除与其对应的区域光谱，进 而提取动目标和动态现象的红外光谱指纹；
[0021] (2-4)将动目标和动态现象的红外光谱指纹与典型的红外光谱库进行匹配，W识 别动目标和动态现象。
[0022] 优选地，所述步骤（A1)中，对相邻两帖图像的处理对象进行坐标变换的像素偏移 补偿通过如下方法实现：
[0023] 炬1)根据探测卫星和太阳的位置，确定地屯個联坐标系到卫星坐标系的转换关系 矩阵Ml,确定卫星坐标系到图像坐标系的转换关系矩阵M2;
[0024] 其中，地屯個联坐标系中，地屯、为原点0, X轴指向本初子午线，Z轴指向北极点，对 X轴和Z轴按照右手螺旋法得到的方向为Y轴方向；卫星坐标系中，探测卫星指向地屯、方向 ll为Z'轴方向，探测卫星指向太阳的方向为12,由li和12叉乘得到的向量方向为Y'轴方 向，对Y'轴和Z'轴按照右手螺旋法则得到的方向为X'轴方向；图像中的单个像素点在 图像坐标系中的坐标是该像素点所在的行数和列数，图像U坐标轴与Y'轴同方向，图像V 坐标轴与Z' OX'平面平行，与X'轴和Z'轴均成45度夹角；
[0025] 炬2)根据当前帖图像和前一帖图像成像时刻卫星和太阳的位置，分别得到当前帖 图像对应的地屯、固联坐标系到卫星坐标系的转换关系矩阵Ml'和卫星坐标系到图像坐标 系的转换关系矩阵M2'，W及前一帖图像对应的地屯、固联坐标系到卫星坐标系的转换关系 矩阵Ml"和卫星坐标系到图像坐标系的转换关系矩阵M2"，求出同一处理对象在当前帖和 前一帖像面上出现位置之间的偏差(品;;，友;）；
[0026] 炬3)对之前获得的多帖图像中的同一处理对象进行基于卫星和地球运动的像素 偏移补偿，得到处理对象在补偿后的多帖图像中的位置，分别计算同一处理对象在相邻两 帖图像间的像面位移；根据处理对象的帖间位移和帖间成像时间间隔得到处理对象在像面 上的移动速度；对多帖图像得到的处理对象在像面上的移动速度进行平均，得到处理对象 的平均像面速度(^，^)，计算得到下一帖图像中处理对象由其自身运动引起的像素偏移 (而，而)二f记万），其中，t为相邻两帖的时间间隔。
[0027] 炬4)对卫星和地球运动W及处理对象运动引起的像素偏移进行补偿，预测下一帖 处理对象在图像坐标系中的位置为的，V!)二("。+ Aw。+ At/,，v〇 + Av〇 + Avi)。
[002引优选地，所述步骤（2-4)中，对任一动目标或动态现象，若典型的红外光谱库中不 存在其红外光谱指纹，则将其红外光谱指纹添加进典型的红外光谱库中；若典型的红外光 谱库中存在其红外光谱指纹，则识别出动目标或动态现象，并根据识别结果做出相应的决 策与处理。
[0029] 按照本发明的另一方面，提供了一种低轨卫星星载图谱关联探测载荷，其特征在 于，包括二维伺服转台、红外反射镜、多谱段红外光学系统、红外成像单元、宽波段红外测谱 单元、数据处理单元和控制单元；所述红外反射镜置于所述二维伺服转台上，用于将动目标 和动态现象福射的红外光线反射到所述多谱段红外光学系统中；所述多谱段红外光学系统 用于将红外入射光分为两路红外出射光，一路到达所述红外成像单元，进行红外成像，另一 路到达所述宽波段红外测谱单元，用于对动目标和动态现象进行测谱，提取其红外光谱指 纹；所述数据处理单元用于对所述红外成像单元得到的红外图像和所述宽波段红外测谱 单元提取的红外光谱指纹进行实时处理，得到动目标和动态现象的预测位置W及其识别结 果；所述控制单元用于根据动目标和动态现象的预测位置，控制所述二维伺服转台转动，使 动目标和动态现象的影像始终落在所述载荷的视场中屯、，实现视场扫描和目标跟踪。
[0030] 总体而言，通过本发明所构思的W上技术方案与现有技术相比，具有W下有益效 果：
[0031] (1)本发明实现了红外成像光路和短/中/长波红外测谱光路共光轴，不仅使得本 发明具有同时探测动目标和动态现象的红外图像信息W及其红外光谱的能力，还减小了装 备空间的体积，便于卫星的携带，具有性价比高的特点。
[0032] (2)通过基于卫星和地球运动补偿W及动目标和动态现象运动补偿的像素偏移补 偿，能实现对场景中的多个动目标和动态现象的精确定位和跟踪，具有响应时间短，识别效 率高的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1是低轨卫星运行的轨道示意图；
[0034] 图2是本发明实施例的低轨卫星星载图谱关联探测方法流程图；
[0035] 图3是坐标系不意图；
[0036] 图4是本发明实施例的低轨卫星星载图谱关联探测载荷示意图；
[0037] 图5是多谱段红外光学系统的布局图；
[003引图6是多谱段红外光学系统采用的卡塞格林系统示意图；
[0039] 图7是低轨卫星星载图谱关联探测载荷的工作示意图；
[0040] 图8是低轨卫星星载图谱关联探测载荷进行多目标捕获、跟踪与测谱的实例图。
【具体实施方式】
[0041] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所设及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0042] 如图2所示，本发明实施例的低轨卫星星载图谱关联探测方法包括如下步骤：
[0043] (1)检测并跟踪动目标和动态现象。进一步包括如下子步骤：
[0044] (1-1)对红外图像进行背景杂波抑制；
[0045] (1-2)将抑制后的图像进行口限分割，提取疑似动目标和动态现象；
[0046] (1-3) W疑似动目标和动态现象为处理对象，通过下述步骤（A1)?（A4)，检测出 真实的动目标和动态现象，并跟踪至动目标或动态现象的预测位置。
[0047] (A1)对多帖图像的处理对象进行坐标变换的像素偏移补偿；
[0048] 首先通过坐标变换求取处理对象在同一坐标系下不同时刻的位置，然后求出处理 对象在红外图像上的偏移量，进行像素偏移补偿。
[0049] 设及如下S个坐标系；地屯、固联坐标系、卫星坐标系和图像坐标系。
[0050] 地屯、固联坐标系；W地屯、为原点0, X轴指向本初子午线，Z轴指向北极点，对X轴 和Z轴按照右手螺旋法得到的方向为Y轴方向。
[0化1] 卫星坐标系；探测卫星指向北极点的方向li为Z'轴方向，探测卫星指向太阳的 方向为12,由li和12叉乘得到的向量方向为Y'轴方向，对Y'轴和Z'轴按照右手螺旋法 则得到的方向为X'轴方向。
[0052] 图像坐标系；卫星相机的图像W像素为单位，图像中的单个像素点在图像坐标系 中的坐标是该像素点所在的行数和列数。
[0化3] (A2)对像素偏移补偿后的多帖图像进行关联，检测出真实的处理对象；
[0054] (A3)在处理对象为动目标时，计算其像面速度特征，得到其预测位置；在处理对 象为动态现象时，计算其灰度特征，得到其预测位置；
[0055] (A4)定位下一帖处理对象的位置到其预测位置，将视场中屯、置于处理对象的预测 位置。
[0056] (1-4)由于此时定位精度较低，可先对动目标或动态现象对应的背景区域进行测 谱，具体地，测量视场中屯、周围区域（如时5像素区域）的红外宽光谱，得到与动目标或动 态现象对应的区域光谱；
[0化7] (1-5) W步骤（1-3)跟踪的动目标或动态现象为处理对象，重复执行上述步骤 (A1)?（A4)，实现对动目标或动态现象的精确跟踪。
[0化引上述步骤（A1)中，对相邻两帖图像的处理对象进行坐标变换的像素偏移补偿通 过如下方法实现：
[0化9] 炬1)根据探测卫星和太阳的位置，由STK软件确定地屯、固联坐标系到卫星坐标系 的转换关系矩阵Ml,确定卫星坐标系到图像坐标系的转换关系矩阵M,;
[0060] 其中，地屯個联坐标系中，地屯、为原点0, X轴指向本初子午线，Z轴指向北极点，对 X轴和Z轴按照右手螺旋法得到的方向为Y轴方向；卫星坐标系中，探测卫星指向地屯、方向 li为Z'轴方向，探测卫星指向太阳的方向为12,由li和12叉乘得到的向量方向为Y'轴方 向，对Y'轴和Z'轴按照右手螺旋法则得到的方向为X'轴方向；图像中的单个像素点在 图像坐标系中的坐标是该像素点所在的行数和列数，图像U坐标轴与Y'轴同方向，图像V 坐标轴与Z' OX'平面平行，与X'轴和Z'轴均成45度夹角；
[0061] 炬2)根据当前帖图像和前一帖图像成像时刻卫星和太阳的位置，分别得到当前帖 图像对应的地屯、固联坐标系到卫星坐标系的转换关系矩阵Ml'和卫星坐标系到图像坐标 系的转换关系矩阵M2'，W及前一帖图像对应的地屯、固联坐标系到卫星坐标系的转换关系 矩阵Ml"和卫星坐标系到图像坐标系的转换关系矩阵M2"，求出同一处理对象在当前帖和 前一帖像面上出现位置之间的偏差(品立。；
[0062] 炬3)对之前获得的多帖图像中的同一处理对象进行基于卫星和地球运动的像素 偏移补偿，得到处理对象在补偿后的多帖图像中的位置，分别计算同一处理对象在相邻两 帖图像间的像面位移；根据处理对象的帖间位移和帖间成像时间间隔得到处理对象在像面 上的移动速度；对多帖图像得到的处理对象在像面上的移动速度进行平均，得到处理对象 的平均像面速度(^，^)，计算得到下一帖图像中处理对象由其自身运动引起的像素偏移 (Ami，Avi) = ，其中，t为相邻两帖的时间间隔；
[0063] 炬4)对卫星和地球运动W及处理对象运动引起的像素偏移进行补偿，预测下一帖 处理对象在图像坐标系中的位置为批1，v'l)=(斯+ Am〇 + A?i，v〇 + Av〇 + Avi)。
[0064] (2)对动目标和动态现象的红外光谱进行多维度特性分析，W识别动目标和动态 现象。进一步包括如下子步骤：
[00化](2-1)通过3?5帖图像精确定位动目标和动态现象并测量其红外光谱；
[0066] (2-。对动目标和动态现象的红外光谱进行补偿校正；
[0067] (2-3)从校正后的动目标和动态现象的红外光谱中剔除与其对应的区域光谱，进 而提取动目标和动态现象的红外光谱指纹；
[0068] (2-4)将动目标和动态现象的红外光谱指纹与典型的红外光谱库进行匹配，W识 别动目标和动态现象。
[0069] 具体地，对任一动目标或动态现象，若典型的红外光谱库中不存在其红外光谱指 纹，则将其红外光谱指纹添加进典型的红外光谱库中；若典型的红外光谱库中存在其红外 光谱指纹，则识别出动目标或动态现象，并根据识别结果做出相应的决策与处理。
[0070] 如图4所示，实现上述探测方法的低轨卫星星载图谱关联探测载荷包括二维伺服 转台、红外反射镜、多谱段红外光学系统、红外成像单元、宽波段红外测谱单元、数据处理单 元和控制单元。
[0071] 红外反射镜置于二维伺服转台上，二维伺服转台在伺服电机和巧螺（包括方位混 转测量巧螺和光纤巧螺）的控制下转动，带动红外反射镜转动，将动目标和动态现象福射 的红外光线反射到多谱段红外光学系统中，由多谱段红外光学系统得到两路红外出射光， 一路到达红外成像单元，进行红外成像，另一路到达宽波段红外测谱单元，对动目标和动态 现象进行测谱。
[0072] 多谱段红外光学系统的布局如图5所示，它采用如图6所示的卡塞格林系统，其由 一个抛物面主镜和一个双曲面次镜组成，并由若干透镜组校正像差。此系统实现了红外成 像光路和短/中/长波红外测谱光路共轴，抛物面的焦点和双曲面的虚焦点重合，再经双曲 面成理想像于另一个焦点。为了降低镜头本身的福射对探测造成的影响，进行无热化设计。 分光镜锻双层增透膜，使其对短、中波红外光反射率高，对长波红外光则具有半透半反的功 能。
[0073] 红外成像单元为焦平面阵列（FPA)，其上排列着感光元件阵列，可将发光源发射的 红外线经过上述多谱段红外光学系统成像在焦平面上的该些感光元件上，然后将接收到的 光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终形成 图像。
[0074] 宽波段红外测谱单元用于对动目标和动态现象进行测谱，提取其红外光谱指纹。
[0075] 数据处理单元可对FPA所成的红外图像和宽谱段红外测谱单元所提取的红外光 谱指纹进行实时处理，具体为一方面根据红外图像检测动目标和动态现象，对动目标和动 态现象的位置进行像素偏移补偿，并且通过多帖关联得到动目标的坐标和像面速度信息或 者动态现象的坐标和灰度信息，进而得到动目标和动态现象的预测位置并将其发送至控制 单元；另一方面根据提取出的动目标和动态现象的红外光谱指纹与典型的红外光谱库进行 匹配，根据光谱匹配结果与红外图像对动目标和动态现象进行识别，并将识别结果传递给 控制单元。
[0076] 控制单元接收数据处理单元传输的数据，得到各动目标和动态现象的预测位置， 进而控制二维伺服电机W及方位混转测量巧螺和光纤巧螺使二维伺服转台转动，带动红外 反射镜实现偏转和倾斜两个维度的运动，使动目标和动态现象的影像始终落在低轨卫星星 载图谱关联探测载荷的视场中屯、，实现视场扫描和目标跟踪。
[0077] 为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例，对采用本发明的 探测载荷实现上述低轨卫星星载图谱关联探测方法的过程进行详细说明。
[007引如图7所示，按照卫星移动轨迹在固定视场内连续=帖检测提取疑似目标。为了 减少图谱关联探测载荷的摆动次数，固定视场，按照卫星移动轨迹对连续=帖图像进行检 巧U ;对获取的每一帖图像进行背景杂波抑制，然后进行口限分割提取疑似动目标和动态现 象，将高于口限值的像素点灰度值置为最高，将低于口限值的像素点灰度值置为0,进而提 取疑似动目标和动态现象。
[0079] 通过像素偏移补偿和多帖关联从所有疑似动目标和动态现象中确定真实的动目 标和动态现象，按照连通域规则标记出真实的动目标和动态现象，然后计算每个动目标或 动态现象的质屯、位置，通过坐标关联初步确定各真实动目标或动态现象的位置和像面速度 信息或灰度信息，从而降低虚警。
[0080] 计算所有动目标和动态现象的平均像面速度和灰度变化，判断其类型。若动目标 或动态现象的位置具有不变性，且灰度特征具有时变性则可确定其为动态现象，否则就确 定其为动目标；若确定为动态现象类型，则进入专注模式，即控制扫描镜中屯、光轴对准其位 置进行长时间测谱。
[0081] 因为低轨卫星运行速度较快，同时为了避免二维伺服转台转动太大的角度，那么 我们可从实际情况出发，从已发现的真实动目标和动态现象中选择离视场中屯、最近的5个 动目标或动态现象进行跟踪测谱，若不足5个，则对所有的动目标或动态现象都进行跟踪 测谱，对筛选出的动目标和动态现象按照从下到上，从左到右的原则测量它们的红外光谱 并进行数据处理和目标识别。如图8所示，利用第①?⑨帖图像进行动目标跟踪，白色框表 示整个观测视场，黑色框表示动目标所处的区域。
[0082] 包括如下步骤：
[0083] 由红外图像检测得到动目标和动态现象的坐标和运动特征，对动目标和动态现象 的位置进行卫星和地球运动补偿W及动目标和动态现象运动补偿预测定位；
[0084] 根据当前动目标或动态现象的位置和像面速度信息判断转镜是否能跟踪上此动 目标或动态现象。若可W跟踪上，则进入下面的步骤；若跟踪不上，则根据优先级对下一动 目标或动态现象进行跟踪测谱；
[0085] 控制二维伺服转台，带动红外反射镜指向此动目标或动态现象的预测坐标位置；
[0086] 对当前视场中屯、附近区域进行3?5帖精检测、跟踪，同时测量动目标或动态现象 的背景光谱，计算像素偏移补偿，控制多谱段红外光学系统的中屯、精对准此动目标或动态 现象；
[0087] 锁定当前的动目标或动态现象，并对其测谱；
[008引对测到的谱线数据进行在线补偿矫正处理，若光谱指纹库中无此光谱数据，则添 加此动目标或动态现象的红外光谱特征数据；否则，即可对光谱进行匹配，进而实现动目标 或动态现象的识别与确认；
[0089] 对下一动目标或动态现象重复上述步骤的操作，直至对所有筛选出来的动目标和 动态现象都进行了红外光谱采集和匹配。
[0090] 转动二维伺服转台，恢复到初始方向，重复上述所有操作。
[oow] 实施示例为，将载荷放置在某一低轨卫星（如MS幻上，则卫星运行最大速度为 7. 6km/s，当前超音速飞机速度在Ikm/s W内，则我们的装置采用1024*1024的图像，测量光 谱区域大小5*5,测谱积分时间为0. Is,则需要的分辨率大小为400m*400m，图像产生的帖 率为50巧S。因此，本载荷具有高性价比，高捕获率的特点。
[0092] 本领域的技术人员容易理解，W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种低轨卫星星载图谱关联探测方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 检测并跟踪动目标和动态现象；进一步包括如下子步骤： (1-1)对红外图像进行背景杂波抑制； (1-2)将抑制后的图像进行门限分割，提取疑似动目标和动态现象； (1-3)以疑似动目标和动态现象为处理对象，通过执行步骤（Al)?（A4)，检测出真实 的动目标和动态现象，并将视场中心置于动目标或动态现象的预测位置对其进行跟踪； (1-4)测量视场中心周围区域的红外宽光谱，得到与动目标或动态现象对应的区域光 谱； (1-5)以步骤（1-3)跟踪的动目标或动态现象为处理对象，重复执行步骤（Al)? (A4)，实现对动目标或动态现象的跟踪； 其中，所述步骤（Al)?（A4)分别为： (Al)对多帧图像的处理对象进行坐标变换的像素偏移补偿； (A2)对像素偏移补偿后的多帧图像进行关联，检测出真实的处理对象； (A3)在处理对象为动目标时，计算其像面速度特征，得到其预测位置；在处理对象为 动态现象时，计算其灰度特征，得到其预测位置； (A4)定位下一帧处理对象的位置到其预测位置，将视场中心置于处理对象的预测位 置； (2) 对动目标和动态现象的红外光谱进行多维度特性分析，以识别动目标和动态现象； 进一步包括如下子步骤： (2-1)定位动目标和动态现象并测量其红外光谱； (2-2)对动目标和动态现象的红外光谱进行补偿校正； (2-3)从校正后的动目标和动态现象的红外光谱中剔除与其对应的区域光谱，进而提 取动目标和动态现象的红外光谱指纹； (2-4)将动目标和动态现象的红外光谱指纹与典型的红外光谱库进行匹配，以识别动 目标和动态现象。
2. 如权利要求1所述的低轨卫星星载图谱关联探测方法，其特征在于，所述步骤（Al) 中，对相邻两帧图像的处理对象进行坐标变换的像素偏移补偿通过如下方法实现： (BI)根据探测卫星和太阳的位置，确定地心固联坐标系到卫星坐标系的转换关系矩阵M1，确定卫星坐标系到图像坐标系的转换关系矩阵M2; 其中，地心固联坐标系中，地心为原点0,X轴指向本初子午线，Z轴指向北极点，对X轴 和Z轴按照右手螺旋法得到的方向为Y轴方向；卫星坐标系中，探测卫星指向地心方向1:为 Z'轴方向，探测卫星指向太阳的方向为I2，由IJPl2X乘得到的向量方向为Y'轴方向， 对Y'轴和Z'轴按照右手螺旋法则得到的方向为X'轴方向；图像中的单个像素点在图像 坐标系中的坐标是该像素点所在的行数和列数，图像u坐标轴与Y'轴同方向，图像V坐标 轴与Z'OX'平面平行，与X'轴和Z'轴均成45度夹角； (B2)根据当前帧图像和前一帧图像成像时刻卫星和太阳的位置，分别得到当前帧图像 对应的地心固联坐标系到卫星坐标系的转换关系矩阵M/和卫星坐标系到图像坐标系的 转换关系矩阵M2'，以及前一帧图像对应的地心固联坐标系到卫星坐标系的转换关系矩阵 M1"和卫星坐标系到图像坐标系的转换关系矩阵M2"，求出同一处理对象在当前帧和前一 帧像面上出现位置之间的偏差^; (B3)对之前获得的多帧图像中的同一处理对象进行基于卫星和地球运动的像素偏移 补偿，得到处理对象在补偿后的多帧图像中的位置，分别计算同一处理对象在相邻两帧图 像间的像面位移；根据处理对象的帧间位移和帧间成像时间间隔得到处理对象在像面上 的移动速度；对多帧图像得到的处理对象在像面上的移动速度进行平均，得到处理对象的 平均像面速度计算得到下一帧图像中处理对象由其自身运动引起的像素偏移 ,其中，t为相邻两帧的时间间隔； (B4)对卫星和地球运动以及处理对象运动引起的像素偏移进行补偿，预测下一帧处理 对象在图像坐标系中的位置为(z/pV1 ) = (%+ +Awl5Vct +Avct +Av1)。
3. 如权利要求1或2所述的低轨卫星星载图谱关联探测方法，其特征在于，所述步骤 (2-4)中，对任一动目标或动态现象，若典型的红外光谱库中不存在其红外光谱指纹，则将 其红外光谱指纹添加进典型的红外光谱库中；若典型的红外光谱库中存在其红外光谱指 纹，则识别出动目标或动态现象，并根据识别结果做出相应的决策与处理。
4. 一种低轨卫星星载图谱关联探测载荷，其特征在于，包括二维伺服转台、红外反射 镜、多谱段红外光学系统、红外成像单元、宽波段红外测谱单元、数据处理单元和控制单 元； 所述红外反射镜置于所述二维伺服转台上，用于将动目标和动态现象辐射的红外光线 反射到所述多谱段红外光学系统中；所述多谱段红外光学系统用于将红外入射光分为两路 红外出射光，一路到达所述红外成像单元，进行红外成像，另一路到达所述宽波段红外测谱 单元，用于对动目标和动态现象进行测谱，提取其红外光谱指纹； 所述数据处理单元用于对所述红外成像单元得到的红外图像和所述宽波段红外测谱 单元提取的红外光谱指纹进行实时处理，得到动目标和动态现象的预测位置以及其识别结 果； 所述控制单元用于根据动目标和动态现象的预测位置，控制所述二维伺服转台转动， 使动目标和动态现象的影像始终落在所述载荷的视场中心，实现视场扫描和目标跟踪。
【文档编号】G01S17/89GK104502918SQ201410851144
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】张天序, 杨智慧, 刘珈羽, 周雨田, 姚守悝, 张俊青 申请人:华中科技大学