一种基于星载嵌入式处理器的空间目标探测方法与流程

本发明属于空间态势感知和卫星智能信息处理领域，具体涉及一种基于星载嵌入式处理器的空间目标探测方法。

背景技术：

1、据不完全统计，截至目前世界各国和组织已向空间环境中发射航天器次数超过4000次，能够检测并识别的在轨空间目标20000余个，且尚有一半以上的未知空间目标依然滞留在空间环境中。在航天器安全保障、飞行器异动预警等技术领域中，有效识别并监测这些空间目标具有重要意义。

2、空间目标探测技术是目标定轨与编目、变轨监测、异动感知的前序技术基础。高效、准确地识别在轨空间目标，能够有效提升空间环境态势感知及预警效能、装备资产防护能力以及主动决策水平。

3、同时，由于老旧卫星的淘汰、退役航天器在轨解体以及各国反卫星实验形成残骸等因素，空间环境中大大小小的航天器碎片数量呈现快速增加趋势，对各国航天器在轨安全形成巨大威胁。在人类航天史上，空间碎片目标与航天器相撞的屡见不鲜，严重者甚至能够导致航天器损毁。如何在轨完成碎片碰撞的有效告警，是当下各国航天器安全领域的研究热点。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于星载嵌入式处理器的空间目标探测方法，能够解决星载空间目标探测数据处理问题，为航天器监测与定轨编目、变轨预警、异动感知奠定技术基础，同时也为航天器与空间环境碎片碰撞规避提供有效技术途径。

2、实现本发明的技术方案如下：

3、一种基于星载嵌入式处理器的空间目标探测方法，包括快速配准、目标检测、目标轨迹关联三部分；

4、快速配准：通过粗配准和精细配准的级联式配准方法消除误差；

5、目标检测：同时采用能量响应性和能量集中性作为目标筛选判据，利用二进制映射图记录疑似目标信息，降低计算量提升计算效率；同时采用栈空间内插值筛选方法代替排序，降低了存储资源消耗；

6、目标轨迹关联：采用两帧搜索、三帧疑似、四帧确认的方式进行关联计算；同时对疑似轨迹和真实轨迹记录置信度，根据关联情况进行置信调整，实现断点续接和目标丢失的判定。

7、进一步地，快速配准具体为：首先进行序列图像间的配准，将图像划分网格，计算网格中每个备选点在不同半径核函数下的响应值，得到网格中的待配准点；粗配准过程通过待配准点之间的位置关系得到集合偏移误差，并消除该误差；精细配准过程按照双向最近原则构建精细配准点对，通过随机采样一致性算法计算不同精细配准点对之间的变换关系，得到误差最小时的映射矩阵，完成级联配准。

8、进一步地，快速配准阶段建立独立于cpu进程的内存读写进程，通过操作cache的方式，加快大批量数据交换。

9、进一步地，目标检测具体为：配准后的图像进行目标检测，对每个备选点构成的连通域分别计算其在不同半径核函数下的能量响应性和集中性，两值同时满足设定条件的备选点作为疑似目标；创建二进制映射图标记所有疑似目标在图像中的位置信息，避免在后续图像中对该位置的重复计算，同时将每个疑似目标的连通域的形态学信息通过插值法降序压入栈中。

10、进一步地，目标轨迹关联具体为：对所生成的疑似目标的连通域信息进行轨迹关联，通过对序列图像的计算得到真实轨迹；第一帧图像中的每一个疑似目标，按照其运动速度阈值在第二帧图像中划定设定范围作为搜索区域，记录区域内每个点与疑似目标的位置关系作为待确认轨迹；采用类似策略，在第三帧、第四帧图像中继续搜索，若在第三帧图像中成功关联到轨迹，则该轨迹为疑似轨迹；若在第四帧图像中仍能够成功关联该轨迹，则该轨迹为真实轨迹。在后续图像中，根据真实轨迹的断续情况增减其置信度，通过置信度的值判定是否能够跟踪该目标。

11、有益效果：

12、1、本发明方法能够有效降低计算开销，解决了传统算法难以在星上实现的问题，为航天器监测与定轨编目、变轨预警、异动感知奠定技术基础，同时也为航天器与空间环境碎片碰撞规避提供有效技术途径。

13、2、本发明的级联式配准，通过粗配准和精细配准分级消除扰动误差，同时粗配准消除了集合间偏差，再经过精细配准得到变换矩阵，有效降低精细配准过程的搜索范围，提升计算效率；该方法较传单级配准方式计算时间减少约65％。

14、3、本发明通过建立环形存储区域，以最小的存储资源代价将edma数据输入、粗配准和精细配准过程流水化，三部分并行运行，提升计算效率，该方法使用edma数据访问进程，独立于cpu计算进程，节省算力开支。

15、4、本发明的目标检测阶段使用二进制映射图(binary map)记录疑似目标信息，避免重复计算，提升计算效率，使用栈空间插值筛选一定数量疑似目标，降低存储开支。

16、5、本发明的目标轨迹关联阶段对疑似轨迹和真实轨迹记录置信度，根据关联情况进行置信调整，能够高效地实现断点续接和目标丢失的判定。

技术特征：

1.一种基于星载嵌入式处理器的空间目标探测方法，其特征在于，包括快速配准、目标检测、目标轨迹关联三部分；

2.如权利要求1所述的基于星载嵌入式处理器的空间目标探测方法，其特征在于，快速配准具体为：首先进行序列图像间的配准，将图像划分网格，计算网格中每个备选点在不同半径核函数下的响应值，得到网格中的待配准点；粗配准过程通过待配准点之间的位置关系得到集合偏移误差，并消除该误差；精细配准过程按照双向最近原则构建精细配准点对，通过随机采样一致性算法计算不同精细配准点对之间的变换关系，得到误差最小时的映射矩阵，完成级联配准。

3.如权利要求1或2所述的基于星载嵌入式处理器的空间目标探测方法，其特征在于，快速配准阶段建立独立于cpu进程的内存读写进程，通过操作cache的方式，加快大批量数据交换。

4.如权利要求1所述的基于星载嵌入式处理器的空间目标探测方法，其特征在于，目标检测具体为：配准后的图像进行目标检测，对每个备选点构成的连通域分别计算其在不同半径核函数下的能量响应性和集中性，两值同时满足设定条件的备选点作为疑似目标；创建二进制映射图标记所有疑似目标在图像中的位置信息，避免在后续图像中对该位置的重复计算，同时将每个疑似目标的连通域的形态学信息通过插值法降序压入栈中。

5.如权利要求1所述的基于星载嵌入式处理器的空间目标探测方法，其特征在于，目标轨迹关联具体为：对所生成的疑似目标的连通域信息进行轨迹关联，通过对序列图像的计算得到真实轨迹；第一帧图像中的每一个疑似目标，按照其运动速度阈值在第二帧图像中划定设定范围作为搜索区域，记录区域内每个点与疑似目标的位置关系作为待确认轨迹；采用类似策略，在第三帧、第四帧图像中继续搜索，若在第三帧图像中成功关联到轨迹，则该轨迹为疑似轨迹；若在第四帧图像中仍能够成功关联该轨迹，则该轨迹为真实轨迹。在后续图像中，根据真实轨迹的断续情况增减其置信度，通过置信度的值判定是否能够跟踪该目标。

技术总结
本发明公开了一种基于星载嵌入式处理器的空间目标探测方法，包括快速配准、目标检测、目标轨迹关联三部分；通过粗配准和精细配准的级联式配准方法消除误差；同时采用能量响应性和能量集中性作为目标筛选判据，利用二进制映射图记录疑似目标信息，降低计算量提升计算效率；同时采用栈空间内插值筛选方法代替排序，降低了存储资源消耗；采用两帧搜索、三帧疑似、四帧确认的方式进行关联计算；同时对疑似轨迹和真实轨迹记录置信度，根据关联情况进行置信调整，实现断点续接和目标丢失的判定；本发明能够解决星载空间目标探测数据处理问题。

技术研发人员：吴雨航,汪路元,蒋帅,程博文,庞亚龙,高金艳,王帅,栾申申,禹霁阳,李宗凌,李彦欣,张晓雯
受保护的技术使用者：北京空间飞行器总体设计部
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22