[发明专利]一种单星条件下卫星图像弹道目标射向估计方法

说明书

本发明具体公开了一种单星条件下卫星图像弹道目标射向估计方法。所述方法包括以下步骤：S1、获取目标的原始图像并对所获取已知时间间隔的原始图像进行目标检测以提取对应原始图像中目标的质心坐标；S2、根据目标的质心坐标及其对应时间信息进行目标跟踪以获取目标的运动轨迹；S3、将目标的运动轨迹姿态数据转换至地球坐标系中并在地球坐标系中找出对应的弹道轨迹点；S4、根据弹道轨迹点建立对应弹道轨迹平面的法向向量方程组；S5、利用共线方程建立目标的坐标方程，并根据坐标方程和法向向量方程组求出目标射向。本发明不需要弹道先验知识即可得到精确结果，且具有所需数据易得、计算量小和计算耗时短的特点。

技术领域

本发明涉及飞行动力学技术领域，尤其涉及一种单星条件下卫星图像弹道目标射向估计方法。

背景技术

在天基卫星系统建设过程中，由于项目开支、前期实验和反馈验证等因素，卫星的部署具有阶段性。在天基卫星系统发展过程中，考虑到传感器可能发生故障情况，而且在高轨卫星的发展过程中，初始发展阶段目前仍处于单星探测状态，基于单星观测的弹道目标参数估计是天基光学卫星系统必然要经历的重要过程。

弹道目标射向是弹道目标轨迹所在平面与其发射点所在经度圈平面之间的夹角。弹道目标在主动段飞行时，燃料燃烧时喷射的尾焰可以被天基光学卫星系统中的星载红外传感器探测到，但红外传感器属于被动观测成像，只能获取弹道目标的相对方位信息和角观测量，无法实现相对距离和速度的测量，对于目标定位而言属于不完备观测。

现有的弹道目标射向估计方法主要有以下几种，具体为：

(1)使用弹道先验信息对目标的类型进行预判，然后模板匹配以估计弹道参数。先验信息需要对不同类型的目标建立标称弹道数据模板库，用此方法得到的参数精度也很大程度上取决于模板库容量与信息准确性，模板库信息的完整度不高、模板存在误差等都将导致估计算法失效，而各国都将弹道目标的弹道列为极为重要的信息数据，因此获取目标模板信息的难度很大，在一般情况下，相机获得的弹道数据也并非能与卫星信息库中定义的标准弹道对应起来，即使模板信息完整，但因模板库规模庞大，导致运算量大，所以难以保证系统的实时性。

(2)对目标进行动力学建模主要是通过构建各种约束模型来对目标主动段进行约束，其本质上仍属于补充先验信息，但是以模型约束替代模板匹配。主动段运动受力复杂，同时自身模型也较为复杂，因此如何合理简化主动段模型、组成合理的约束关系成为影响该类方法结果精度的关键性因素，该方法需要知道目标的质量及质量变化率、目标高温燃气的相对有效喷射速度及推力等，而这些数据同样不易获得。

(3)基于成像关系约束参数估计算法的弹道观测成像模型将第一个观测点假设为发射点，由于测量数据点较少的限制，容易出现方程欠定不可解的问题。使用Monte Carlo(蒙特·卡罗)方法进行计算得到数值解，得到的是统计学的结果，需要基于先验知识对参数进行恰当的选择，可靠性难以保证。

鉴于此，研究一种结果精确且无需弹道轨迹先验模板和先验知识的单星条件下卫星图像弹道目标射向估计方法是本技术领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺点和不足，本发明提出一种单星条件下卫星图像弹道目标射向估计方法，该方法不需要弹道先验知识即可得到精确结果，且具有所需数据易得、计算量小和计算耗时短的特点。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单星条件下卫星图像弹道目标射向估计方法，所述方法包括以下步骤：

S1、利用卫星相机获取目标的原始图像，对所获取已知时间间隔的原始图像进行目标检测以提取对应原始图像中目标的质心坐标；

S2、根据步骤S1中目标的质心坐标及其对应时间信息进行目标跟踪，得到目标的运动轨迹；

S3、将目标的运动轨迹姿态数据转换至地球坐标系中，并根据目标的运动轨迹在地球坐标系中找出对应的弹道轨迹点；