CN103838258B - 一种应用于天基空间目标的自动跟踪方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于天基空间目标的自动跟踪方法，包括：采集包含需跟踪的空间目标的图像；判断是否首次执行自动跟踪任务；若是，检测空间目标，跟踪空间目标，计算空间目标的当前第二脱靶量；若否，判断在执行前次自动跟踪的过程中是否执行过跟踪步骤；若执行过，判断连续跟丢空间目标的次数是否超过预设跟丢次数阈值，若超过，重新检测空间目标；若未超过，执行跟踪，计算空间目标的当前第二脱靶量；若未执行过，重新检测空间目标。本发明克服了卫星动态基座对跟踪过程的影响，满足了空间目标自主捕获与跟踪的要求，目标位于视场内时无须地面预报目标先验知识便可发现动态目标则立刻捕获跟踪状态，方法可靠，脱靶量计算精确满足天基跟踪要求。

Description

一种应用于天基空间目标的自动跟踪方法及系统

技术领域

本发明卫星通信技术领域，涉及一种跟踪方法及系统，特别是涉及一种应用于天基空间目标的自动跟踪方法及系统。

背景技术

近年来，随着世界各国军事航天的迅速发展，美国认为其空间优势地位受到潜在威胁。为此，美军大力推进空间控制战略，加紧研制空间对抗武器装备，在增强空间态势感知能力的基础上，积极提高防御性和进攻性空间对抗能力，推动空间对抗实战化。同时，随着国际环境的变化，美国太空对抗的发展也呈现出了新的特点：提出了防御与攻击相结合的“太空反制”战略，空间态势感知与空间防御成为美国空间对抗的发展重点，探索与积累进攻性空间对抗技术，而不轻易发展实战武器。同时，进一步加强了确保太空优势的创新研究和试验，加快新一代太空技术与平台的研发，决心构建绝对安全的太空屏障。

美国已在1996年发射的空间中段试验卫星(MSX，MidcourseSpaceeXperiment)上搭载可见光传感器(SBV，Space-BasedVisible)，进行相关关键技术的演示验证，开创了天基空间目标监视的先河。SBV探测器是由美国麻省理工学院的林肯实验室研制的可见光相机，通过被动探测空间目标反射的太阳光线辐射，完成对空间目标的探测、捕获和跟踪。

但是，现有的跟踪方法多应用于地基环境中，换句话说就是跟踪设备基座保持不动的状态下，完成对目标的跟踪。而应用于空间环境中，跟随设备安装在卫星上，在跟踪过程中，卫星基座处于运动状态的跟踪方法和系统则很少见。

因而，如何提供一种应用于天基空间目标的自动跟踪方法及系统，以解决现有技术中无法在天基空间内对空间目标实施自动跟踪的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种应用于天基空间目标的自动跟踪方法及系统，用于解决现有技术中无法在天基空间内对空间目标实施自动跟踪、计算出的脱靶量不精确的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种应用于天基空间目标的自动跟踪方法，用于包括卫星平台、图像采集设备、转台控制设备、二维跟踪转台、及目标跟踪处理设备的天基空间目标自动跟踪系统中，包括：步骤1，根据跟踪任务进程设置进程标志；步骤2，采集包含需跟踪的空间目标的图像；步骤3，根据进程标志判断是否首次执行自动跟踪任务；

若是，则检测所述空间目标，获取所述空间目标的质心位置并计算第一脱靶量；跟踪所述空间目标，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；若否，则判断在执行前一次自动跟踪方法的过程中是否执行过跟踪步骤；若是，则判断连续跟丢所述空间目标的次数是否超过预设跟丢次数阈值，若是，则重新检测所述空间目标；若否，则继续执行跟踪，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；若否，则重新检测所述空间目标。

优选地，所述步骤2还包括：根据所述第一脱靶量判断是否发现所述空间目标，若是，则将目标跟丢次数初始化为0，跟踪所述空间目标，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；若否，则根据当前时间和预设结束时刻判断是否能够结束跟踪；若到达预设结束时刻，则结束自动跟踪；若没有到达预设结束时间，则重新采集所述空间目标的图像。

优选地，所述步骤2还包括：判断是否首次跟踪所述空间目标，若为首次跟踪，则输出当前第二脱靶量，根据所述当前第二脱靶量来完成所述空间目标的自动跟踪；若不为首次跟踪，则根据前一次自动跟踪所述空间目标所得第二脱靶量的执行结果判断是否跟上所述空间目标，若是，则输出当前第二脱靶量来完成所述空间目标的自动跟踪；若否，则预测所述空间目标位置，重新计算当前第二脱靶量，将所述空间目标的跟丢次数加1，输出重新计算的当前第二脱靶量完成所述空间目标的自动跟踪；所述执行结果是指输出的当前第二脱靶量是否超出二维跟踪转台跟踪能力范围。

优选地，重新计算的当前第二脱靶量等于前一次自动跟踪所述空间目标所得第二脱靶量与当前第二脱靶量加权平均。

优选地，检测所述空间目标的步骤还包括消除所述图像中的固定背景及去除所述图像中的冲击噪声；分割所述空间目标，将满足初始约束条件的空间目标的多个像素点标记出来；提取所述图像中空间目标多个像素点的聚类特征；获取多个像素点空间方位坐标；利用连续5帧信息进行直线拟合输出第一脱靶量。

优选地，跟踪所述空间目标的步骤还包括消除所述图像中的固定背景及去除所述图像中的冲击噪声；分割所述空间目标，将满足初始约束条件的空间目标的多个像素点标记出来；提取所述图像中空间目标多个像素点的聚类特征；获取多个像素点空间方位坐标；求取所述卫星平台姿势变换；校正多个像素点空间方位坐标；利用连续5帧信息进行直线拟合输出所述空间目标的当前第二脱靶量。

本发明另一方面还提供一种应用于天基空间目标的自动跟踪系统，包括：图像采集设备，用于采集包含需跟踪的空间目标的图像；目标跟踪处理设备，用于根据跟踪任务进程设置进程标志；且根据进程标志判断是否首次执行自动跟踪任务；若是，则检测所述空间目标，获取所述空间目标的质心位置并计算第一脱靶量；跟踪所述空间目标，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；若否，则判断在执行前一次自动跟踪方法的过程中是否执行过跟踪步骤；若是，则判断连续跟丢所述空间目标的次数是否超过预设跟丢次数阈值，若是，则重新检测所述空间目标；若否，则继续执行跟踪，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；若否，则重新检测所述空间目标；二维跟踪转台；用于执行跟踪所述空间目标；转台控制设备，用于根据输出的当前第二脱靶量实时驱动所述二维跟踪转台完成所述空间目标的跟踪。

优选地，所述目标跟踪处理设备还用于根据所述第一脱靶量判断是否发现所述空间目标，若是，则将目标跟丢次数初始化为0，跟踪所述空间目标，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；若否，则根据当前时间和预设结束时刻判断是否能够结束跟踪；若到达预设结束时刻，则结束自动跟踪；若没有到达预设结束时间，则重新采集所述空间目标的图像。

优选地，所述目标跟踪设备还用于判断是否为首次跟踪所述空间目标，若为首次跟踪，则输出当前第二脱靶量，根据所述当前第二脱靶量来完成所述空间目标的自动跟踪；若不为首次跟踪，则根据前一次自动跟踪所述空间目标所得第二脱靶量的执行结果判断是否跟上所述空间目标，若是，则输出当前第二脱靶量来完成所述空间目标的自动跟踪；若否，则预测所述空间目标位置，重新计算当前第二脱靶量，将所述空间目标的跟丢次数加1，输出重新计算的当前第二脱靶量完成所述空间目标的自动跟踪；所述执行结果是指输出的当前第二脱靶量是否超出二维跟踪转台跟踪能力范围。

优选地，所述采集设备将采集到的所述空间目标的图像通过低电压差分信号传输线传输至所述目标跟踪处理设备。

如上所述，本发明的应用于天基空间目标的自动跟踪方法及系统，具有以下有益效果：

1、克服了在卫星动态基座对跟踪过程的影响，与采用卫星姿态跟踪相比，二维跟踪转台自动跟踪所需的控制力矩相对较小，不会影响到卫星能源等其他方面；

2、满足了空间目标自主捕获与跟踪的要求，无须地面预报空间目标的先验知识便可以发现动态目标则立刻进入捕获跟踪状态，方法可靠，脱靶量计算精确满足天基跟踪要求。

附图说明

图1显示为本发明应用于天基空间目标的自动跟踪方法流程示意图。

图2显示为本发明检测空间目标的流程示意图。

图3显示为本发明跟踪空间目标的流程示意图。

图4显示为本发明应用于天基空间目标的自动跟踪系统原理结构图。

元件标号说明

1应用于天基空间目标的

自动跟踪系统

11图像采集设备

12目标跟踪处理设备

13转台控制设备

14二维跟踪转台

121第一判断模块

122第二判断模块

123第三判断模块

124目标检测模块

125第四判断模块

126目标跟丢次数初始模块

127目标跟踪模块

128第五判断模块

129第六判断模块

130目标预测模块

131目标跟丢次数计数模块

132输出模块

133第七判断模块

S1～S12步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明所述的应用于天基空间目标的自动跟踪方法及系统主要用于实现空间目标的自主识别，首先由一个较大视场的图像采集设备获取包含以深空为背景的空间目标的图像，由一种强鲁棒性的目标检测算法提取出空间目标在深空背景的脱靶量；其次，由二维跟踪转台根据脱靶量实时跟踪空间目标，将目标引导到视场中心；最后，以高分辨率成像设备对空间目标进行清晰成像，获取所跟踪的空间目标的详细信息。

实施例一

本实施例提供一种应用于天基空间目标的自动跟踪方法，用于包括卫星平台、图像采集设备、转台控制设备、二维跟踪转台、及目标跟踪处理设备的天基空间目标自动跟踪系统中。在执行所述自动跟踪方法之前，地面控制信息需要选择需跟踪的空间目标，并计算出所述空间目标的目标初始参数，通过测控通道给星上注入监视目标参数，所述目标初始参数包括目标开始检测时间、噪声抑制门限、运动方向参考上下限、角速度参考上下限、弥散效应最小值、卫星平台稳定度、初始波门值；而所述目标参数是指根据所述目标初始参数计算得到星上的注入数据。请参阅图1，显示为应用于天基空间目标的自动跟踪方法流程，所述自动跟踪方法包括：

S1，根据跟踪任务进程设置任务进程标志；

S2，采集包含需跟踪的空间目标的图像。

S3，根据任务进程标志判断当前任务是否为首次执行自动跟踪任务；若是，则执行步骤S4；若否，则执行步骤S4'。若任务进程标志为0时，表示当前任务为首次执行自动跟踪任务，若任务进程标志为1时，表示当前任务不是首次执行自动跟踪任务。

S4，检测所述空间目标，获取所述空间目标的质心位置并计算第一脱靶量。请参阅图2，显示为检测空间目标的流程。检测所述空间目标包括：

S41，消除所采集到的以深空为背景包含需跟踪的空间目标的图像中的固定背景。

S42，去除所采集到的包含需跟踪的空间目标的图像中的冲击噪声。

S43，分割所述空间目标，将满足初始约束条件的空间目标的多个像素点标记出来。所述初始约束条件是指在所述注入数据中包含空间目标的面积大小、空间目标的运动方向上下限、空间目标的运动角速度上下限。

S44，提取所述图像中空间目标多个像素点的聚类特征。经上述分割步骤后，所述空间目标在图像上会出现好多个像素点，将具有共同特征的像素的提取出来。所述聚类特征就是指这一类像素点的共同特征。对于标记出的多个像素点，还需将其周围5像素内的信息保存下传

S45，获取多个像素点空间方位坐标，即获取所述空间目标的质心位置。在该步骤中还需从固定背景中提取一定数量的恒心，用来进行传感器指向确定和空间目标亮度的标定，定标恒星一般选择固定背景中较亮的恒星，采用基于门限检测方法将其提取出来。并且对每个定标恒星连同其周围7×7大小的领域像素的信息一并存储下传。所述地面控制中心对定标恒心进行质心化，与恒星星表数据库进行匹配，通过恒星天文位置计算传感器精确指向和空间目标轨迹端点的赤经赤纬，测量精度可达到1/3像素分辨，也就是4arcsec(角秒)。

S46，利用连续5帧信息进行直线拟合输出第一脱靶量。

S5，根据所述第一脱靶量判断是否发现所述空间目标，若是，则执行步骤S6；若否，则执行步骤S13。

S6，初始化目标跟丢次数为0；

S7，跟踪所述空间目标，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；请参阅图3，显示为跟踪空间目标的流程。跟踪所述空间目标包括：

S71，消除所采集到的以深空为背景包含需跟踪的空间目标的图像中的固定背景。

S72，去除所采集到的包含需跟踪的空间目标的图像中的冲击噪声。

S73，分割所述空间目标，将满足初始约束条件的空间目标的多个像素点标记出来。所述初始约束条件是指在所述注入数据中包含空间目标的面积大小、空间目标的运动方向上下限、空间目标的运动角速度上下限。

S74，提取所述图像中空间目标多个像素点的聚类特征。经上述分割步骤后，所述空间目标在图像上会出现好多个像素点，将具有共同特征的像素的提取出来。所述聚类特征就是指这一类像素点的共同特征。对于标记出的多个像素点，还需将其周围5像素内的信息保存下传。

S75，获取多个像素点空间方位坐标，即获取所述空间目标的质心位置。在该步骤中还需从固定背景中提取一定数量的恒心，用来进行传感器指向确定和空间目标亮度的标定，定标恒星一般选择固定背景中较亮的恒星，采用基于门限检测方法将其提取出来。并且对每个定标恒星连同其周围7×7大小的领域像素的信息一并存储下传。所述地面控制中心对定标恒心进行质心化，与恒星星表数据库进行匹配，通过恒星天文位置计算传感器精确指向和空间目标轨迹端点的赤经赤纬，测量精度可达到1/3像素分辨，也就是4arcsec(角秒)。

S76，求取所述卫星平台姿势变换。

S77，校正多个像素点空间方位坐标。

S78，利用连续5帧信息进行直线拟合输出所述空间目标的当前第二脱靶量。

S8，判断当前跟踪所述空间目标是否为首次跟踪所述空间目标；若不是首次跟踪所述空间目标，则执行步骤S9；若是首次跟踪所述空间目标，则执行步骤S10'，即输出当前第二脱靶量，根据所述当前第二脱靶量来完成所述空间目标的自动跟踪。

S9，根据前一次自动跟踪所述空间目标所得第二脱靶量的执行结果判断是否跟上所述空间目标，若没有跟上所述空间目标，则执行S10；若跟上所述空间目标，则执行S10'，即输出所述空间目标的当前第二脱靶量，根据所述当前第二脱靶量来完成所述空间目标的自动跟踪。所述执行结果是指输出的当前第二脱靶量是否超出二维跟踪转台跟踪能力范围，如果输出的当前第二脱靶量没有超出二维跟踪转台跟踪能力范围，则表示跟上所述空间目标，若输出的当前第二脱靶量超出二维跟踪转台跟踪能力范围，则表示没有跟上所述空间目标。二维跟踪转台跟踪能力范围由二维跟踪转台的性能参数所决定。

S10，预测所述空间目标的位置，预测步骤为根据前一次自动跟踪所述空间目标所得第二脱靶量与当前第二脱靶量计算新的当前第二脱靶量，也就是说重新计算的新的当前第二脱靶量等于前一次自动跟踪所述空间目标所得第二脱靶量与当前第二脱靶量加权平均。

S11，将跟丢次数自动增加1。

S12，输出重新计算的第二脱靶量。

S13，根据当前时间和预设结束时刻判断是否能够结束跟踪；若到达预设结束时刻，则结束自动跟踪；若没有到达预设结束时间，则转入步骤S1，重新采集所述空间目标的图像。

在本实施例中，当判断当前任务是否为首次执行所述自动跟踪方法为否时，执行步骤S4'

S4'，判断在执行前一次自动跟踪方法的过程中是否执行过跟踪步骤；若否，则转入步骤S5'；若是，则执行步骤S4。

S5',判断连续跟丢所述空间目标的跟丢次数是否超过预设跟丢次数阈值，若是，则转入步骤S4，即重新检测所述空间目标；若否，则转入步骤S7，继续执行跟踪，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；

本实施例所述提供的应用于天基空间目标的自动跟踪方法满足空间目标自主捕获与自动跟踪的要求，无需地面控制中心预报空间目标的先验知识，即发现运动目标则立刻进入捕获跟踪状态，该自动跟踪方法可靠，脱靶量计算精度满足要求。

实施例二

本实施例提供一种应用于天基空间目标的自动跟踪系统1，请参阅图4，显示为应用于天基空间目标的自动跟踪系统原理结构，所述应用于天基空间目标的自动跟踪系统包括图像采集设备11、目标跟踪处理设备12、转台控制设备13、二维跟踪转台14、及卫星平台(未予示出)。

所述应用于天基空间目标的自动跟踪系统1中图像采集设备11用于采集包含需跟踪的空间目标的图像。在本实施例中，所述图像采集设备11为引导相机。

所述目标跟踪处理设备12包括第一判断模块121、第二判断模块122、第三判断模块123、目标检测模块124、第四判断模块125、目标跟丢次数初始模块126、目标跟踪模块127、第五判断模块128、第六判断模块129、目标预测模块130、目标跟丢次数计数模块131、输出模块132、及第七判断模块133。在所述目标跟踪处理设备中预设有结束时刻，和跟丢次数阈值。在本实施例中，所述目标跟踪处理设备12为一目标跟踪处理器。

其中，所述第一判断模块121用于根据跟踪任务进程设置任务进程标志；并根据任务进程标志判断当前任务是否为首次执行自动跟踪任务，若任务进程标志为0时，表示当前任务为首次执行自动跟踪任务，则调用所述目标检测模块124，若任务进程标志为1时，表示当前任务不是首次执行自动跟踪任务，则调用所述第二判断模块122。

与所述第一判断模块121连接的所述第二判断模块122用于判断在执行前一次自动跟踪任务的过程中是否执行过跟踪步骤，若是，则调用所述第三判断模块；若否，则调用所述目标检测模块124。

与所述第二判断模块122连接的所述第三判断模块123用于判断连续跟丢所述空间目标的跟丢次数是否超过预设跟丢次数阈值，若是，则调用所述目标检测模块124；若否，则调用所述目标跟踪模块127。

分别与所述第一判断模块121、第二判断模块122、及第三判断模块123连接的所述目标检测模块124用于获取所述空间目标的质心位置并计算第一脱靶量。所述检测模块124还用于消除所采集到的以深空为背景包含需跟踪的空间目标的图像中的固定背景，去除所采集到的包含需跟踪的空间目标的图像中的冲击噪声，分割所述空间目标，提取所述图像中空间目标多个像素点的聚类特征，获取多个像素点空间方位坐标，利用连续5帧信息进行直线拟合输出第一脱靶量。分割所述空间目标就是指将满足初始约束条件的空间目标的多个像素点标记出来。所述初始约束条件是指在所述注入数据中包含空间目标的面积大小、空间目标的运动方向上下限、空间目标的运动角速度上下限。提取所述图像中空间目标多个像素点的聚类特征是指经上述分割步骤后，所述空间目标在图像上会出现好多个像素点，将具有共同特征的像素的提取出来。所述聚类特征就是指这一类像素点的共同特征。对于标记出的多个像素点，还需将其周围5像素内的信息保存下传。获取多个像素点空间方位坐标，即获取所述空间目标的质心位置。在该步骤中还需从固定背景中提取一定数量的恒心，用来进行传感器指向确定和空间目标亮度的标定，定标恒星一般选择固定背景中较亮的恒星，采用基于门限检测方法将其提取出来。并且对每个定标恒星连同其周围7×7大小的领域像素的信息一并存储下传。所述地面控制中心对定标恒心进行质心化，与恒星星表数据库进行匹配，通过恒星天文位置计算传感器精确指向和空间目标轨迹端点的赤经赤纬，测量精度可达到1/3像素分辨，也就是4arcsec(角秒)。

与所述目标检测模块124连接的所述第四判断模块125用于根据所述第一脱靶量判断是否发现所述空间目标，若是，则调用目标跟丢次数初始模块，若否，则调用第七判断模块133，所述第七判断模块133。

与所述第四判断模块125连接的所述目标跟丢次数初始模块126用于将所述空间目标跟丢次数初始化为0。

与所述目标跟丢次数初始模块126连接的目标跟踪模块127用于跟踪所述空间目标，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；所述目标跟踪模块127还用于消除所采集到的以深空为背景包含需跟踪的空间目标的图像中的固定背景，去除所采集到的包含需跟踪的空间目标的图像中的冲击噪声，分割所述空间目标，提取所述图像中空间目标多个像素点的聚类特征，获取多个像素点空间方位坐标，求取所述卫星平台姿势变换，校正多个像素点空间方位坐标，利用连续5帧信息进行直线拟合输出所述空间目标的当前第二脱靶量。分割所述空间目标是指将满足初始约束条件的空间目标的多个像素点标记出来。所述初始约束条件是指在所述注入数据中包含空间目标的面积大小、空间目标的运动方向上下限、空间目标的运动角速度上下限，提取所述图像中空间目标多个像素点的聚类特征。提取所述图像中空间目标多个像素点的聚类特征是指经上述分割步骤后，所述空间目标在图像上会出现好多个像素点，将具有共同特征的像素的提取出来。所述聚类特征就是指这一类像素点的共同特征。对于标记出的多个像素点，还需将其周围5像素内的信息保存下传。获取多个像素点空间方位坐标，即获取所述空间目标的质心位置。在该步骤中还需从固定背景中提取一定数量的恒心，用来进行传感器指向确定和空间目标亮度的标定，定标恒星一般选择固定背景中较亮的恒星，采用基于门限检测方法将其提取出来。并且对每个定标恒星连同其周围7×7大小的领域像素的信息一并存储下传。所述地面控制中心对定标恒心进行质心化，与恒星星表数据库进行匹配，通过恒星天文位置计算传感器精确指向和空间目标轨迹端点的赤经赤纬，测量精度可达到1/3像素分辨，也就是4arcsec(角秒)。

分别与所述目标跟踪模块127连接的第五判断模块128用于判断当前跟踪所述空间目标是否为首次跟踪所述空间目标，若否，则调用所述第六判断模块129；若是，则调用输出模块132，当被判断为首次跟踪所述空间目标时，所述输出模块132用于输出当前第二脱靶量至转台控制设备14来完成所述空间目标的自动跟踪。

与所述第五判断模块128连接的所述第六判断模块129用于被判断为非首次跟踪所述空间目标时根据前一次自动跟踪所述空间目标所得第二脱靶量的执行结果继续判断是否跟上所述空间目标，若没有跟上所述空间目标，则调用目标预测模块130；若跟上所述空间目标，则调用所述输出模块132，所述输出模块132在判断为跟上所述空间目标时用于输出当前第二脱靶量至转台控制设备14来完成所述空间目标的自动跟踪。所述执行结果是指输出的当前第二脱靶量是否超出二维跟踪转台跟踪能力范围，如果输出的当前第二脱靶量没有超出二维跟踪转台跟踪能力范围，则表示跟上所述空间目标，若输出的当前第二脱靶量超出二维跟踪转台跟踪能力范围，则表示没有跟上所述空间目标。二维跟踪转台跟踪能力范围由二维跟踪转台的性能参数所决定。

与所述第六判断模块129连接的目标预测模块130用于根据前一次自动跟踪所述空间目标所得第二脱靶量与当前第二脱靶量计算新的当前第二脱靶量，重新计算的新的当前第二脱靶量等于前一次自动跟踪所述空间目标所得第二脱靶量与当前第二脱靶量加权平均。

与所述目标预测模块130连接的目标跟丢次数计数模块131用于自动增加1次跟丢次数。

分别与所述第六判断模块129和目标跟丢次数计数模块131连接的输出模块132用于输出第二脱靶量，在判断为首次跟踪所述空间目标时，所述输出模块132用于输出当前第二脱靶量至转台控制设备14来完成所述空间目标的自动跟踪；在判断为跟上所述空间目标时用于输出当前第二脱靶量至转台控制设备14来完成所述空间目标的自动跟踪。所述输出模块132还用于输出重新计算的新的当前第二脱靶量。

分别与所述第四判断模块125、输出模块132、及图像采集设备11连接的第七判断模块133用于根据当前时间和预设结束时刻判断是否能够结束跟踪；若到达预设结束时刻，则结束自动跟踪；若没有到达预设结束时间，则调用所述图像采集设备11重新采集所述空间目标的图像。

转台控制设备13用于根据输出的当前第二脱靶量实时驱动所述二维跟踪转台完成所述空间目标的跟踪。

二维跟踪转台14用于跟踪所述空间目标。

所述自动跟踪系统1可以应用于天基空间目标自动成像系统中，此时，跟踪的空间目标为卫星。自动成像系统的自动成像流程如下：

第一步，地面控制中心21根据当前卫星的轨道以及编目数据库信息确定卫星，根据任务时段计算生成目标跟踪处理器的上注参数包、成像相机开始成像时刻以及二维跟踪转台定向角度数据。

第二步，当卫星进入测控弧段时，通过星地链路上传上注参数。

第三步，进入任务弧段，卫星星务根据任务流程进行调度，转台定位到初始位置。

第四步，按着工作流程依次启动引导相机和目标跟踪处理器。目标进入引导相机视场后，目标跟踪处理器按着预设起始时间开始对空间目标(卫星)进行捕获，连续5帧第二脱靶量有效后转入跟踪阶段，并将第二脱靶量传给转台电控箱。转台伺服计算机连续监视第二脱靶量的变化，待目标到视场中心的距离由小变大时转台转入对目标的捕获和平稳跟踪，使目标进入成像相机视场中心区域。

第五步，到达成像时刻时，成像相机对空间目标进行连续拍摄。

第六步，目标成像后，成像相机将图像数据传给大容量存储器，在适当时间下发到地面接收站。地面应用系统对目标图像进行处理和判读，获得空间目标的清晰图像及目标卫星的详细信息，成像任务完成。

实验结果证明，本实施所述的应用于天基空间目标的自动跟踪系统1应用在天基空间目标自动成像系统2中时，目标跟踪误差小于1个像元，背景负责，有多个恒星目标穿越视场，并证明了本系统所具有的目标跟踪处理设备具备很强的复杂背景下目标跟踪提取能力。

综上所述，本发明所述的应用于天基空间目标的自动跟踪方法及系统在空间目标跟踪过程中，克服了在卫星动态基座对跟踪过程的影响，与采用卫星姿态跟踪相比，二维跟踪转台自动跟踪所需的控制力矩相对较小，不会影响到卫星能源等其他方面，满足了空间目标自主捕获与跟踪的要求，无须地面预报空间目标的先验知识便可以发现动态目标则立刻进入捕获跟踪状态，方法可靠，脱靶量计算精确满足天基跟踪要求。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种应用于天基空间目标的自动跟踪方法，用于包括卫星平台、图像采集设备、转台控制设备、二维跟踪转台、及目标跟踪处理设备的天基空间目标自动跟踪系统中，其特征在于，包括：

步骤1，根据跟踪任务进程设置进程标志；

步骤2，采集包含需跟踪的空间目标的图像；

步骤3，根据进程标志判断是否首次执行自动跟踪任务；

若是，则检测所述空间目标，获取所述空间目标的质心位置并计算第一脱靶量；跟踪所述空间目标，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；并根据所述第一脱靶量判断是否发现所述空间目标，若是，则将目标跟丢次数初始化为0，跟踪所述空间目标，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；若否，则根据当前时间和预设结束时刻判断是否能够结束跟踪；若到达预设结束时刻，则结束自动跟踪；若没有到达预设结束时间，则重新采集所述空间目标的图像；

若否，则判断在执行前一次自动跟踪方法的过程中是否执行过跟踪步骤；

若是，则判断连续跟丢所述空间目标的次数是否超过预设跟丢次数阈值，若是，则重新检测所述空间目标；若否，则继续执行跟踪，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；

若否，则重新检测所述空间目标。

2.根据权利要求1所述的应用于天基空间目标的自动跟踪方法，其特征在于：所述步骤3还包括：判断是否首次跟踪所述空间目标，若为首次跟踪，则输出当前第二脱靶量，根据所述当前第二脱靶量来完成所述空间目标的自动跟踪；若不为首次跟踪，则根据前一次自动跟踪所述空间目标所得第二脱靶量的执行结果判断是否跟上所述空间目标，若是，则输出当前第二脱靶量来完成所述空间目标的自动跟踪；若否，则预测所述空间目标位置，重新计算当前第二脱靶量，将所述空间目标的跟丢次数加1，输出重新计算的当前第二脱靶量完成所述空间目标的自动跟踪；所述执行结果是指输出的当前第二脱靶量是否超出二维跟踪转台跟踪能力范围。

3.根据权利要求2所述的应用于天基空间目标的自动跟踪方法，其特征在于：重新计算的当前第二脱靶量等于前一次自动跟踪所述空间目标所得第二脱靶量与当前第二脱靶量加权平均。

4.根据权利要求1所述的应用于天基空间目标的自动跟踪方法，其特征在于：检测所述空间目标的步骤还包括消除所述图像中的固定背景及去除所述图像中的冲击噪声；分割所述空间目标，将满足初始约束条件的空间目标的多个像素点标记出来；提取所述图像中空间目标多个像素点的聚类特征；获取多个像素点空间方位坐标；利用连续5帧信息进行直线拟合输出第一脱靶量。

5.根据权利要求1所述的应用于天基空间目标的自动跟踪方法，其特征在于：跟踪所述空间目标的步骤还包括消除所述图像中的固定背景及去除所述图像中的冲击噪声；分割所述空间目标，将满足初始约束条件的空间目标的多个像素点标记出来；提取所述图像中空间目标多个像素点的聚类特征；获取多个像素点空间方位坐标；求取所述卫星平台姿势变换；校正多个像素点空间方位坐标；利用连续5帧信息进行直线拟合输出所述空间目标的当前第二脱靶量。

6.一种应用于天基空间目标的自动跟踪系统，其特征在于，包括：

图像采集设备，用于采集包含需跟踪的空间目标的图像；

目标跟踪处理设备，用于根据跟踪任务进程设置进程标志；且根据进程标志判断是否首次执行自动跟踪任务；

若是，则检测所述空间目标，获取所述空间目标的质心位置并计算第一脱靶量；跟踪所述空间目标，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；并根据所述第一脱靶量判断是否发现所述空间目标，若是，则将目标跟丢次数初始化为0，跟踪所述空间目标，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；若否，则根据当前时间和预设结束时刻判断是否能够结束跟踪；若到达预设结束时刻，则结束自动跟踪；若没有到达预设结束时间，则重新采集所述空间目标的图像；

若否，则判断在执行前一次自动跟踪方法的过程中是否执行过跟踪步骤；

若是，则判断连续跟丢所述空间目标的次数是否超过预设跟丢次数阈值，若是，则重新检测所述空间目标；若否，则继续执行跟踪，计算所述空间目标的当前第二脱靶量；

若否，则重新检测所述空间目标；

二维跟踪转台；用于执行跟踪所述空间目标；

转台控制设备，用于根据输出的当前第二脱靶量实时驱动所述二维跟踪转台完成所述空间目标的跟踪。

7.根据权利要求6所述的应用于天基空间目标的自动跟踪系统，其特征在于：所述目标跟踪设备还用于判断是否为首次跟踪所述空间目标，若为首次跟踪，则输出当前第二脱靶量，根据所述当前第二脱靶量来完成所述空间目标的自动跟踪；若不为首次跟踪，则根据前一次自动跟踪所述空间目标所得第二脱靶量的执行结果判断是否跟上所述空间目标，若是，则输出当前第二脱靶量来完成所述空间目标的自动跟踪；若否，则预测所述空间目标位置，重新计算当前第二脱靶量，将所述空间目标的跟丢次数加1，输出重新计算的当前第二脱靶量完成所述空间目标的自动跟踪；所述执行结果是指输出的当前第二脱靶量是否超出二维跟踪转台跟踪能力范围。

8.根据权利要求6所述的应用于天基空间目标的自动跟踪系统，其特征在于：所述采集设备将采集到的所述空间目标的图像通过低电压差分信号传输线传输至所述目标跟踪处理设备。