本發(fā)明涉及航天，特別涉及一種基于光學搜索組件的空間目標跟蹤方法。

背景技術：

1、空間態(tài)勢感知是人類開展航天活動的基礎。與地基觀測設備相比，天基平臺不會受到天氣、環(huán)境和地緣條件的限制，可長時間對空間目標進行觀測。因此，天基空間態(tài)勢感知受到了廣泛關注。在諸多觀測方法中，天基可見光觀測由于其能耗低、可靠性高、觀測距離遠等優(yōu)勢而成為了主要的手段。

2、20世紀末，美國開展了首次天基可見光觀測實驗，將天基觀測平臺布置在太陽同步軌道上，對空間目標進行觀測，證明了可見光觀測的可行性和高效性。為進一步提升空間態(tài)勢感知能力，美國又提出了使用衛(wèi)星星座進行協(xié)同監(jiān)視的策略。隨后，加拿大也發(fā)射了用于天基監(jiān)視“藍寶石”號衛(wèi)星并被納入到美國的空間目標監(jiān)視網(wǎng)中。之后，歐洲太空局也設計了自己的天基可見光觀測平臺，為自己的空間活動提供了保障。諸多實踐證明，天基可見光觀測平臺對于監(jiān)視空間目標很有優(yōu)勢，能夠很好地彌補地基觀測設備的不足。

3、隨著太空活動的日益頻繁，對空間目標的有效跟蹤與監(jiān)測成為確保太空安全、促進科學研究及維護空間秩序的關鍵技術之一。因此，如何基于光學搜索組件對空間目標進行跟蹤，是本發(fā)明需要解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于光學搜索組件的空間目標跟蹤方法，預測目標物的運行軌跡，實現(xiàn)對目標物的跟蹤，提高光學搜索組件跟蹤目標物的工作效率。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于光學搜索組件的空間目標跟蹤方法，衛(wèi)星上設有光學搜索組件，用于對目標物進行追蹤，具體步驟包括：

3、步驟1，全范圍轉動光學搜索組件的視場角度，尋找目標物；

4、步驟2，光學搜索組件實時傳輸?shù)囊晥鲋械膱鼍埃鬏數(shù)囊晥鲋械膱鼍斑M行處理，判斷所述光學搜索組件是否跟蹤到目標物；

5、步驟3，根據(jù)目標物的實際運動軌跡，建立目標物的預測軌跡函數(shù)，獲得目標物的預測運動軌跡；

6、步驟4，根據(jù)目標物的預測運動軌跡判斷光學搜索組件是否轉動；

7、當目標物的預測運動軌跡未離開光學搜索組件的視場，則所述光學搜索組件不轉動；

8、當目標物的預測運動軌跡離開光學搜索組件的視場，且能通過轉動光學搜索組件時目標物出現(xiàn)在所述視場中時，則所述光學搜索組件轉動，以調整其視場角度；當目標物的預測運動軌跡離開光學搜索組件的視場，且不能通過轉動光學搜索組件時目標物出現(xiàn)在所述視場中時，則所述光學搜索組件不轉動。

9、可選地，所述光學搜索組件包括：

10、搜索相機，拍攝目標物；

11、轉動機構，其一端固定在衛(wèi)星上，另一端固定在搜索相機上，帶動所述搜索相機進行轉動；

12、處理器，設置在衛(wèi)星內部，且分別與所述搜索相機和轉動機構信號傳輸，接收搜索相機的目標圖像，并對目標圖像進行處理，以及控制轉動機構轉動。

13、可選地，所述步驟2中，由所述處理器以幀為單位對所述搜索相機實時傳輸?shù)囊晥鰞葓鼍斑M行處理。

14、可選地，所述步驟2中，由處理器判斷在該幀中是否出現(xiàn)目標物，并記錄每一幀的判斷結果；

15、當處理器在當前幀中檢測到目標物時，則記錄判斷結果為“檢測到”，并記錄目標物的位置信息，由處理器計算獲得目標物的實際空間坐標；

16、當處理器在當前幀中未檢測到目標物時，則記錄判斷結果為“未檢測到”，同時搜索該幀對應的前(n-1)幀記錄的判斷結果是否均為“未檢測到”，其中，n可根據(jù)需要設定，且n≥3；

17、當連續(xù)n幀的判斷結果均為“未檢測到”，則表示目標物已跟丟，并退出對目標物的跟蹤；當該幀對應的前(n-1)幀的判斷結果中存在“檢測到”時，則表明目標物已被跟蹤，并結束對當前幀的處理，等待處理下一幀。

18、可選地，所述步驟3中，從處理器中提取所有判斷結果為“檢測到”的幀及其對應的時間和目標物的實際空間坐標，并建立由時間及其對應的實際空間坐標組成一個目標物檢測集合，并將所述目標物檢測集合，分為計算集和預測集；其中，所述計算集中的所有時間元素的數(shù)值均小于預測集中的時間元素的數(shù)值。

19、可選地，所述步驟3中，建立目標物的預測軌跡函數(shù)獲得目標物預測運動軌跡的方法包括：

20、在處理器中設置目標物預測軌跡的匹配閾值；

21、將計算集中的時間及其對應的實際空間坐標進行函數(shù)擬合，獲得目標物的預測軌跡函數(shù)；

22、將預測集中的時間元素代入預測軌跡函數(shù)中進行計算，獲得預測集中時間元素所對應的預測空間坐標，并利用預測集中的時間元素和通過預測軌跡函數(shù)獲得的預測空間坐標繪制目標物的預測運動軌跡；由預測集中的時間元素及其對應的實際空間坐標繪制目標物的實際運動軌跡；將該預測運動軌跡與預測集對應的目標物實際運動軌跡進行比較；

23、當目標物的預測運動軌跡與實際運動軌跡之間的距離小于等于匹配閾值時，則所述預測軌跡函數(shù)能夠用于預測目標物的運動軌跡。

24、可選地，所述步驟4中，利用所述預測軌跡函數(shù)判斷當前幀后的第m幀的目標物預測空間坐標時，判斷目標物的預測空間坐標是否在搜索相機拍攝當前幀時的視場外；其中，m≥1；

25、當通過預測軌跡函數(shù)計算當前幀后的第m幀時的目標物預測空間坐標仍然在搜索相機拍攝當前幀時的視場內時，所述搜索相機不發(fā)生轉動；

26、當通過預測軌跡函數(shù)計算當前幀后的第m幀時的目標物預測空間坐標不在搜索相機拍攝當前幀時的視場內時，由處理器判斷搜索相機能否通過轉動機構使第m幀的預測空間坐標出現(xiàn)在搜索相機的視場內。

27、可選地，所述步驟4中，當通過轉動機構轉動后預測空間坐標仍不能出現(xiàn)在搜索相機的視場內時，則不改變搜索相機的視場角度，并退出對目標物的跟蹤；當通過轉動機構轉動后預測空間坐標能出現(xiàn)在搜索相機的視場內時，由處理器控制轉動機構帶動搜索相機轉動，并使搜索相機的視場中心與所述目標物的預測空間坐標達到最小距離。

28、可選地，在當前幀后的第m幀的目標物的實際空間坐標與該幀下目標物的預測空間坐標之間的距離小于等于匹配閾值時，則將該幀下對應的時間以及目標物的實際空間坐標記錄至所述目標物檢測集合。

29、相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的技術方案至少具有如下有益效果：

30、本發(fā)明通過目標物的實際空間坐標和其對應的時間分為計算集和預測集，利用計算集建立目標物的預測軌跡函數(shù)，并利用預測集判斷預測軌跡函數(shù)的精確度，進而獲得能夠預測目標物空間坐標的預測軌跡函數(shù)；通過預測軌跡函數(shù)預測目標物未來運動的軌跡，進而提前調整所述搜索相機的視場角度，實現(xiàn)對目標物的跟蹤。

31、本發(fā)明通過對目標物空間坐標的預測智能判斷是否調整搜索相機的視場角度，避免搜索相機長時間搜索已跟丟的目標物，提高光學搜索組件跟蹤目標物的工作效率。

技術特征：

1.一種基于光學搜索組件的空間目標跟蹤方法，衛(wèi)星上設有光學搜索組件，用于對目標物進行追蹤，其特征在于，具體步驟包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的基于光學搜索組件的空間目標跟蹤方法，其特征在于，所述光學搜索組件包括：

3.根據(jù)權利要求2所述的基于光學搜索組件的空間目標跟蹤方法，其特征在于，所述步驟2中，由所述處理器以幀為單位對所述搜索相機實時傳輸?shù)囊晥鰞葓鼍斑M行處理。

4.根據(jù)權利要求3所述的基于光學搜索組件的空間目標跟蹤方法，其特征在于，每一幀的時間為100ms。

5.根據(jù)權利要求3所述的基于光學搜索組件的空間目標跟蹤方法，其特征在于，所述步驟2中，由處理器判斷在該幀中是否出現(xiàn)目標物，并記錄每一幀的判斷結果；

6.根據(jù)權利要求5所述的基于光學搜索組件的空間目標跟蹤方法，其特征在于，所述步驟3中，從處理器中提取所有判斷結果為“檢測到”的幀及其對應的時間和目標物的實際空間坐標，并建立由時間及其對應的實際空間坐標組成一個目標物檢測集合，并將所述目標物檢測集合分為計算集和預測集；其中，所述計算集中的所有時間元素的數(shù)值均小于預測集中的時間元素的數(shù)值。

7.根據(jù)權利要求6所述的基于光學搜索組件的空間目標跟蹤方法，其特征在于，所述步驟3中，建立目標物的預測軌跡函數(shù)獲得目標物預測運動軌跡的方法包括：

8.根據(jù)權利要求7所述的基于光學搜索組件的空間目標跟蹤方法，其特征在于，所述步驟4中，利用所述預測軌跡函數(shù)判斷當前幀后的第m幀的目標物預測空間坐標時，判斷目標物的預測空間坐標是否在搜索相機拍攝當前幀時的視場外；其中，m≥1；

9.根據(jù)權利要求8所述的基于光學搜索組件的空間目標跟蹤方法，其特征在于，所述步驟4中，當通過轉動機構轉動后預測空間坐標仍不能出現(xiàn)在搜索相機的視場內時，則不改變搜索相機的視場角度，并退出對目標物的跟蹤；當通過轉動機構轉動后預測空間坐標能出現(xiàn)在搜索相機的視場內時，由處理器控制轉動機構帶動搜索相機轉動，并使搜索相機的視場中心與所述目標物的預測空間坐標達到最小距離。

10.根據(jù)權利要求8所述的基于光學搜索組件的空間目標跟蹤方法，其特征在于，在當前幀后的第m幀的目標物的實際空間坐標與該幀下目標物的預測空間坐標之間的距離小于等于匹配閾值時，則將該幀下對應的時間以及目標物的實際空間坐標記錄至所述目標物檢測集合。

技術總結
本發(fā)明提供了一種基于光學搜索組件的空間目標跟蹤方法，具體步驟包括：步驟1，全范圍轉動光學搜索組件的視場角度，尋找目標物；步驟2，光學搜索組件實時傳輸?shù)囊晥鲋械膱鼍?，并對傳輸?shù)囊晥鲋械膱鼍斑M行處理，判斷所述光學搜索組件是否跟蹤到目標物；步驟3，根據(jù)目標物的實際運動軌跡，建立目標物的預測軌跡函數(shù)，獲得目標物的預測運動軌跡；步驟4，根據(jù)目標物的預測運動軌跡轉動光學搜索組件，以調整其視場角度。

技術研發(fā)人員：周琦,任平川,宋卿爭,吳嘉禾,劉冰,毛曉楠,金荷,關濤
受保護的技術使用者：上海航天控制技術研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/8