本发明专利技术公开了一种基于光度信号的空间目标关键特征辨识方法，包括以下步骤：步骤1：设置空间目标初始状态，基于有限元模型和太阳辐射压模型预测空间目标位置，根据姿态控制模式估计空间目标姿态；步骤2：分析空间目标表面的面元可见性；步骤3：基于双向反射率分布函数预测空间目标光度信号，根据实际观测数值修正步骤1预测的空间目标状态；步骤4：基于步骤3中的空间目标状态估计修正后参数的观测值，并以实际观测值矫正步骤3中可能存在的过拟合现象；步骤5：基于步骤4所估计的空间目标参数，重复步骤1至步骤4，更新并获得空间目标位置和姿态，实现空间目标关键特征辨识。实现空间目标关键特征辨识。实现空间目标关键特征辨识。
【技术实现步骤摘要】
一种基于光度信号的空间目标关键特征辨识方法
[0001]本专利技术涉及空间信息探测
，尤其涉及一种基于光度信号的空间目标关键特征辨识
技术介绍
[0002]地球同步轨道卫星等中高轨卫星轨道周期与地球自转周期相差较小，可以在不产生背景像移的情况下长时间凝视地表目标，准确识别中高轨卫星等空间目标的工作类型和工作状态，对空间信息探测具有重要意义。
[0003]地基光学系统因其不受空间平台资源约束，较天基光学系统具有更好的光学信息获取和处理能力，使用成本更低，是空间目标监视的主要手段。地基观测的距离较远，光学系统成像分辨率较低，且易受光照、非合作目标姿轨变化等不可控因素影响；此时通常难以有效地获取空间目标特征，因此基于光学图像的研究方法存在一定局限性。光度信号为能量信号，包含了空间目标位置、姿态和轨道等关键特征信息，对上述信息变化的敏感性更高，因此适合用于辨识空间目标的关键特征。
技术实现思路
[0004]针对上述技术问题，本专利技术提供一种基于光度信号的空间目标关键特征辨识方法，包括如下步骤：
[0005]步骤1：设置空间目标初始状态，基于有限元模型和太阳辐射压模型预测空间目标位置，根据姿态控制模式估计空间目标姿态；
[0006]步骤2：分析空间目标表面的面元可见性；
[0007]步骤3：基于双向反射率分布函数预测空间目标光度信号，根据实际观测数值修正步骤1预测的空间目标状态；
[0008]步骤4：基于步骤3中的空间目标状态估计修正后参数的观测值，并以实际观测值矫正步骤3中可能存在的过拟合现象；
[0009]步骤5：基于步骤4所估计的空间目标参数，重复步骤1至步骤4，更新并获得空间目标位置和姿态，实现空间目标关键特征辨识。
[0010]本专利技术的有益效果为：根据地基光电望远镜观测的中、高轨空间目标相角和光度曲线，通过非线性滤波方法将相角和光度数据融合，实现空间目标位置、姿态和速度等运动参数以及质量、形状和反照率等特性参数的同步估计。
附图说明
[0011]图1为本专利技术的方法流程示意图。
具体实施方式
[0012]现将结合图1，对本专利技术的技术方案进行完整的描述。以下描述仅仅是本专利技术的一
部分实施案例而已，并非全部。基于本专利技术中的实施案例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本专利技术的权利保护范围。
[0013]本专利技术提供的基于光度信号的空间目标关键特征辨识方法包括如下步骤：
[0014]步骤1：设置空间目标初始状态，基于有限元模型和太阳辐射压模型预测空间目标位置，根据姿态控制模式估计空间目标姿态；
[0015]步骤2：分析空间目标表面的面元可见性；
[0016]步骤3：基于双向反射率分布函数预测空间目标光度信号，根据实际观测数值修正步骤1预测的空间目标状态；
[0017]步骤4：基于步骤3中的空间目标状态估计修正后参数的观测值，并以实际观测值矫正步骤3中可能存在的过拟合现象；
[0018]步骤5：基于步骤4所估计的空间目标参数，重复步骤1至步骤4，更新并获得空间目标位置和姿态，实现空间目标关键特征辨识。
[0019]优选的，步骤1中，空间目标位置和姿态的预测和估计步骤如下：
[0020](1)通过无损变换预测非线性系统状态参数与观测值；
[0021](2)通过拟合非线性系统状态参数均值和协方差，完成其数值传递和更新；
[0022](3)构建姿态四元数的运动更新模型；
[0023](4)根据轨道位置和速度，更新空间目标姿态。
[0024]优选的，步骤2中，空间目标表面的面元可见性分析步骤如下：
[0025](1)对空间目标的几何模型进行有限元划分，导出面元参数；
[0026](2)基于面元角点位置和光线簇的方向，确定面元之间的遮挡关系；
[0027](3)基于面元之间的遮挡关系，确定可见面元及其可见性。
[0028]优选的，步骤3中，空间目标的光度信号和状态预测值修正步骤如下：
[0029](1)基于太阳辐射照度，计算可见面元在地基探测器入瞳处产生的辐射照度，获得单帧光度信号；
[0030](2)基于空间目标运动参数，结合太阳、光学探测器位置参数、空间目标位置和姿态参数，预测空间目标单帧光度信号；
[0031](3)基于步骤(2)预测的光度信号结合实际观测数值，修正空间目标状态。
[0032]优选的，步骤4中，针对观测值估计和修正的过拟合现象矫正步骤如下：
[0033](1)针对位置修正过程，基于线性变换假设，确定过拟合矫正尺度的定量表达式；
[0034](2)针对姿态修正过程，基于线性变换假设，确定过拟合矫正尺度的定量表达式。
[0035]实施例1
[0036]1.空间目标位置和姿态的预测
[0037]若忽略其他天体的引力影响，仅考虑太阳辐射压力对空间目标轨道的摄动影响，则空间目标的加速度表达式为
[0038][0039]式中，a
per
为由太阳辐射压力引起的加速度，μ为地球引力常数，r为空间目标至地心的距离。
[0040]四元数的定义为
[0041]q＝[q
0 μ
T
]T
[0042]其中，q0和μ的定义式为
[0043][0044][0045]式中，ν为欧拉旋转角，为欧拉旋转轴。
[0046]大部分空间目标不具备姿态调节能力，属于自旋稳定系统。自旋稳定的空间目标围绕固定旋转轴匀速旋转，其姿态四元数的运动更新模型为
[0047][0048]对于任意一个3
×
1向量a，[a
×
]的表达式为
[0049][0050]三轴稳定的空间目标姿态与其位置和瞬时速度有关。以卫星凝视星下点为例，令目标本体坐标系x轴指向运动方向，z轴指向星下点方向，y轴与x轴和z轴形成右手坐标系，组成空间目标的本体坐标系，则指向星下点的三轴稳定卫星的姿态模型为：
[0051][0052][0053]β＝γ
×
α
[0054]R＝[α β γ]T
[0055]其中，r
k
和v
k
为空间目标的位置和瞬时速度。
[0056]于是，空间目标轨道位置和速度的更新计算式如下：
[0057][0058][0059]根据上述计算过程，对每一时刻的空间目标状态参数进行更新，结合单帧仿真过程完成迭代，实现连续帧光度信号曲线仿真。
[0060]空间目标在k时刻的质量和位置对应着k时刻的观测值，同时轨道动力学和姿态控制系统的存在会影响下一时刻的观测值。因此可以通过k时刻的目标状态参数估计k+1时刻的目标状态参数，再基于k+1时刻的实际观测值对预测的k+1时刻的目标状态参数进行修
正，直到预测的观测值与实际观测值的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于光度信号的空间目标关键特征辨识方法，其特征在于，所述辨识方法包括以下步骤：步骤1：设置空间目标初始状态，基于有限元模型和太阳辐射压模型预测空间目标位置，采用非线性滤波方法将目标姿态参数反演看作非线性动态系统的滤波估计问题，根据姿态控制模式估计空间目标姿态；步骤2：分析空间目标表面的面元可见性；步骤3：基于双向反射率分布函数预测空间目标光度信号，根据实际观测数值修正步骤1预测的空间目标状态；步骤4：基于步骤3中的空间目标状态估计修正后参数的观测值，并以实际观测值矫正步骤3中可能存在的过拟合现象；步骤5：基于步骤4所估计的空间目标参数，重复步骤1至步骤4，更新并获得空间目标位置和姿态，实现空间目标关键特征辨识。2.如权利要求1所述的基于光度信号的空间目标关键特征辨识方法，其特征在于，步骤1中，空间目标位置和姿态的预测和估计包括以下步骤：步骤1.1：通过无损变换预测非线性系统状态参数与观测值；步骤1.2：通过拟合非线性系统状态参数均值和协方差，完成其数值传递和更新；步骤1.3：构建空间目标的姿态四元数的运动更新模型；步骤1.4：根据轨道位置和速度，更新空间目标姿态。3.如权利要求1所述的基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：张寅，郭鹏宇，鲍广震，马俊，闫钧华，智喜洋，巩晋南，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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