CN101846511B - 一种空间碎片的检测系统 - Google Patents

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Abstract

一种空间碎片的检测系统，包括帧转移CCD图像装置；实时监测CCD的曝光开始信号和结束信号，锁存CCD曝光开始和结束时间信息的记时分系统；进行帧转移CCD图像的实时采集的图像采集分系统；对帧转移CCD图像进行综合分析，对帧转移CCD图像的背景进行估计的图像背景估计装置；按照帧转移CCD图像背景的估计结果，输入原始的帧转移CCD图像，对帧转移CCD图像进行全帧扫描，给出帧转移CCD图像的扫描结果图像的全帧扫描装置；根据帧转移CCD图像的扫描结果，采用不同的检测门限，综合星象的多种判断特征，检测出帧转移CCD图像上的所有运动星象的运动星象检测装置；给出帧转移CCD图像上的运动星象的检测结果的装置。

Description

一种空间碎片的检测系统
技术领域
本发明是一种全新的空间碎片检测系统，在配备帧转移CCD(CCD图像传感器)的光学成像分系统的配合下，该系统能够根据给定的检测门限，灵活地采用单帧、多帧帧转移CCD图像，对图像上的运动星象进行检测，完成空图像上运动星象的检测。伺服控制分系统利用该系统的检测结果，实现图像上运动星象的跟踪。该系统是一种的非常好的空间碎片检测系统。
背景技术
在科研、军事等许多领域，都需要对空间碎片进行监视，给出空间碎片的每一个瞬间在天空中的位置及其变化，确定空间碎片的运行轨道，从而获取空间碎片精确的信息。
CCD的发明，替代了传统的照相观测，成为了空间碎片监视的有效手段之一，尤其对中高轨道的空间碎片。对于科学级CCD来说，通常有三种读出方式：全帧读出、行间转移读出及帧转移读出方式。由于采用帧转移读出的CCD通常具有靶面小、读出速度快以及读出的图像上星象几乎没有脱尾现象的优点。其在空间碎片监视中得到了较为广泛的应用。
由于空间碎片监视过程中，由于图像的不同，对图像上运动星象的检测方法有很多种。但是由于CCD在进行图像实时采集的过程中不仅有来自CCD自身读出电路误差因素，而且有CCD工作环境及云层的影响因素，会影响CCD图像的背景起伏，给空间碎片的检测带来影响，特别对暗弱的空间碎片的影响，从而增加了虚警概率，影响了检测成功率。
发明内容
本发明针对使用帧转移CCD的空间碎片测量系统，提供一种空间碎片检测系统。该系统利用一种基于图像全帧扫描的空间碎片检测方法，能够采用单帧或者多帧CCD图像，采用全帧扫描的方式，实现空间碎片的检测。经过测试，对于信噪比大于3的空间碎片，本发明的检测成功率几乎可以达到100％，对于信噪比小于3，而大于2的空间碎片，本发明的检测成功率几乎可以达到90％以上。伺服控制分系统利用该系统的检测结果，实现图像上运动星象的跟踪。
完成上述发明任务技术方案是：一种空间碎片的检测系统，包括帧转移CCD图像装置，该系统还包括：
实时接收GPS时间信号，实时监测CCD的曝光开始信号和结束信号，锁存CCD曝光开始和结束时刻的时间信息的记时分系统；
进行帧转移CCD图像实时采集的图像采集分系统；
对帧转移CCD图像进行综合分析，建立帧转移CCD图像背景估计的数学模型，对帧转移CCD图像的背景进行估计的图像背景估计装置；
按照帧转移CCD图像背景的估计结果，输入原始的帧转移CCD图像，按照给定的阈值，对单帧或多帧帧转移CCD图像进行全帧扫描，给出单帧或多帧帧转移CCD图像的扫描结果图像的全帧扫描装置；
根据单帧或多帧帧转移CCD图像的扫描结果，采用不同的检测门限，综合星象的多种判断特征，检测出帧转移CCD图像上的所有运动星象的运动星象检测装置；
空间碎片的检测系统根据上述输入数据，给出帧转移CCD图像上的运动星象的检测结果的装置。检测结果可以提供给测量系统的跟踪系统使用，以实现对帧转移CCD图像上运动星象的跟踪目的。帧转移CCD图像、图像背景估计结果、图像的全帧扫描结果及图像中运动星象的检测结果并可以通过显示系统显示出来，以及存储在计算机系统的存储介质中。
输入单帧或者多帧帧转移CCD的图像，依次通过本系统，最后得到了图像中运动目标的检测结果，提供给测量系统中的伺服系统使用，从而实现测量系统对空间碎片的跟踪。
所述图像采集分系统进一步包括：用于控制帧转移CCD装置，按照给定的曝光时间，根据帧转移CCD的图像装置读出频率得到的采样频率(比如：5Hz)采集CCD图像，将采集的空间碎片及背景恒星的帧转移CCD图像传输道计算机内存指定的缓冲区中的装置。
本发明提供一种基于图像全帧扫描的空间碎片检测系统，能够采用单帧或者多帧CCD图像，采用全帧扫描的方式，实现空间碎片的检测。经过测试，对于信噪比大于3的空间碎片，本发明的检测成功率几乎可以达到100％，对于信噪比介于2.5到3之间的空间碎片，本发明的检测成功率几乎可以达到90％以上。该方法的实际检测效果好，能够广泛地应用到科研、及工程领域中。
附图说明
图1为本发明实施例1的流程图
具体实施方式
下面结合附图和实施例做进一步说明。
如图1所示，一种空间碎片的检测系统1，包括帧转移CCD图像装置，
1、记时分系统
实时接收GPS时间信号，实时监测CCD的曝光开始信号和结束信号，锁存CCD曝光开始和结束时刻的时间信息，包括年月日时分秒毫秒，准确到0.1毫米(毫秒？)。
2、图像采集分系统
图像采集分系统进行帧转移CCD图像的实时采集。它的工作流程是控制帧转移CCD装置，按照给定的曝光时间，根据帧转移CCD的图像装置读出频率得到的采样频率(比如：5Hz)采集CCD图像，将采集的空间碎片及背景恒星的帧转移CCD图像传输道计算机内存指定的缓冲区中。
3、图像背景估计装置
对帧转移CCD图像进行综合分析，建立帧转移CCD图像背景估计的数学模型，以用于帧转移CCD图像的背景估计。
4、图像的全帧扫描装置
按照帧转移CCD图像背景的估计结果，输入原始的帧转移CCD图像，按照给定的阈值，对单帧或多帧帧转移CCD图像进行全帧扫描，给出单帧或多帧帧转移CCD图像的扫描结果。
5、运动星象的检测装置
运动星象的检测过程就是，根据单帧或多帧帧转移CCD图像的扫描结果，灵活采用不同的检测门限，综合星象的多种判断特征，检测出帧转移CCD图像上的所有运动星象(可能是空间碎片，也可能是其他运动天体，比如小行星等)。
6、空间碎片的检测系统根据上述输入数据，给出帧转移CCD图像上的运动星象的检测结果的装置。检测结果可以提供给测量系统的跟踪系统使用，以实现对帧转移CCD图像上运动星象的跟踪目的。帧转移CCD图像、图像背景估计结果、图像的全帧扫描结果及图像中运动星象的检测结果并可以通过显示系统显示出来，以及存储在计算机系统的存储介质中。
输入单帧或者多帧帧转移CCD的图像，依次通过本系统，最后得到了图像中运动目标的检测结果，提供给测量系统中的伺服系统使用，从而实现测量系统对空间碎片的跟踪。

Claims (3)

1.一种空间碎片的检测系统，包括帧转移CCD图像装置，其特征是，该系统还包括：实时接收GPS时间信号，实时监测CCD的曝光开始信号和结束信号，锁存CCD曝光开始和结束时刻的时间信息的记时分系统；
进行帧转移CCD图像的实时采集的图像采集分系统；
对帧转移CCD图像进行综合分析，建立帧转移CCD图像背景估计的数学模型，对帧转移CCD图像的背景估计的图像背景估计装置；
按照帧转移CCD图像背景的估计结果，输入原始的帧转移CCD图像，按照给定的阈值，对单帧或多帧帧转移CCD图像进行全帧扫描，给出单帧或多帧帧转移CCD图像的扫描结果图像的全帧扫描装置；
根据单帧或多帧帧转移CCD图像的扫描结果，采用不同的检测门限，综合星象的多种判断特征，检测出帧转移CCD图像上的所有运动星象的运动星象检测装置；
空间碎片的检测系统根据上述输入数据，给出帧转移CCD图像上的运动星象的检测结果的装置。
2.根据权利要求1所述的空间碎片的检测系统，其特征是，所述图像采集分系统进一步包括：用于控制帧转移CCD装置，按照给定的曝光时间，根据帧转移CCD的图像装置读出频率得到的采样频率采集CCD图像，将采集的空间碎片及背景恒星的帧转移CCD图像传输到计算机内存指定的缓冲区中的装置。
3.根据权利要求1所述的空间碎片的检测系统，其特征是，所述锁存CCD曝光开始和结束时刻的时间信息包括年月日时分秒毫秒，准确到0.1毫秒。 
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