CN115285381B - 一种太空碎片的碰撞预警方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种太空碎片的碰撞预警方法及装置,涉及太空安全监测技术领域,所述方法包括:获取卫星的光学测量设备采集的连续的预设帧数的光学图像;利用帧间差分法从预设帧数的光学图像中检测出太空碎片,获取太空碎片的运动状态数据;根据太空碎片的运动状态数据,从空间目标数据库中匹配得到太空碎片的轨道信息;根据太空碎片的运动状态数据和轨道信息,计算太空碎片的未来时段的轨道根数;根据太空碎片的未来时段的轨道根数,计算太空碎片和卫星之间的碰撞概率;根据碰撞概率和预设的碰撞概率的阈值,判断太空碎片是否会和卫星发生碰撞,若为是,则生成卫星规避预案。本申请提高了太空碎片和卫星发生碰撞的预测精度。
Description
技术领域
本申请涉及太空安全监测技术领域,尤其是涉及一种太空碎片的碰撞预警方法及装置。
背景技术
空间碎片又称轨道碎片,是指宇宙中除正常飞行器外的所有人造物体,包括飞行着的各种残骸和碎片,大到卫星,运载火箭末级,小到固体火箭的发动机燃烧后的氧化铝小颗粒或从航天器上剥落下来的漆片。太空中空间碎片随着时间增长,数量也在急剧增加,对在轨的航天器安全运行构成了严重的威胁和破坏。
因此要想灵活观测空间碎片,全天时、全天候、全地域地追踪空间在轨物体,获知第一手空间碎片威胁的轨道信息,成为当前迫在眉睫需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本申请提供了一种太空碎片的碰撞预警方法及装置,以解决上述技术问题。
第一方面,本申请实施例提供了一种太空碎片的碰撞预警方法,包括:
获取卫星的光学测量设备采集的连续的预设帧数的光学图像;
利用帧间差分法从预设帧数的光学图像中检测出太空碎片,获取太空碎片的运动状态数据;
根据太空碎片的运动状态数据,从空间目标数据库中匹配得到太空碎片的轨道信息;
根据太空碎片的运动状态数据和轨道信息,计算太空碎片的未来时段的轨道根数;
根据太空碎片的未来时段的轨道根数,计算太空碎片和卫星之间的碰撞概率;
根据碰撞概率和预设的碰撞概率的阈值,判断太空碎片是否会和卫星发生碰撞,若为是,则生成卫星规避预案。
进一步地,利用帧间差分法从光学图像中检测出太空碎片;包括:
进一步地,空间目标数据库的数据项包括:目标名称、历元时刻、平均运动一阶变率、平均运动二阶变率、轨道倾角、轨道升交点赤经、轨道偏心率、近地点辐角、平近点角和平运动速度。
进一步地,太空碎片的运动状态数据包括轨道高度和方位角;根据太空碎片的运动状态数据,从空间目标数据库中匹配得到太空碎片的轨道信息,包括:
根据太空碎片的运动状态数据,计算太空碎片轨道平面参数;
根据太空碎片轨道平面参数,在空间目标数据库中进行匹配,得到太空碎片的轨道信息。
进一步地,根据太空碎片的未来时段的轨道根数,计算太空碎片和卫星之间的碰撞概率;包括:
根据太空碎片的未来时段的轨道根数计算太空碎片的位置,并查询其所处的立方体编号;
第二方面,本申请实施例提供了一种太空碎片的碰撞预警装置,包括:
获取单元,用于获取卫星的光学测量设备采集的连续的预设帧数的光学图像;
检测单元,用于利用帧间差分法从预设帧数的光学图像中检测出太空碎片,获取太空碎片的运动状态数据;
匹配单元,用于根据太空碎片的运动状态数据,从空间目标数据库中匹配得到太空碎片的轨道信息;
预测单元,用于根据太空碎片的运动状态数据和轨道信息,计算太空碎片的未来时段的轨道根数;
计算单元,用于根据太空碎片的未来时段的轨道根数,计算太空碎片和卫星之间的碰撞概率;
碰撞预警单元,用于根据碰撞概率和预设的碰撞概率的阈值,判断太空碎片是否会和卫星发生碰撞,若为是,则生成卫星规避预案。
第三方面,本申请实施例提供了一种电子设备,包括:存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现本申请实施例的太空碎片的碰撞预警方法。
第四方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时实现本申请实施例的太空碎片的碰撞预警方法。
本申请提高了太空碎片和卫星发生碰撞的预测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的空间碎片的碰撞预警方法的流程图;
图2为本申请实施例提供的空间碎片的碰撞预警装置的功能结构图;
图3为本申请实施例提供的电子设备的结构图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
首先对本申请实施例的设计思想进行简单介绍。
因此要想灵活观测空间碎片,全天时、全天候、全地域地追踪空间在轨物体,获知第一手空间碎片威胁的轨道信息,成为当前迫在眉睫需要解决的问题。
为解决上述技术问题,本申请提供了一种空间碎片的碰撞预警方法,该方法的实际处理效果好,可以广泛的应用到空间碎片检测中。能够实现全天时、全天候实时跟踪定位空间碎片;精确、快速的轨道预报,提高了太空碎片和卫星发生碰撞的预测精度。
在介绍了本申请实施例的应用场景和设计思想之后,下面对本申请实施例提供的技术方案进行说明。
如图1所示,本申请实施例提供一种空间碎片的碰撞预警分析方法,
步骤101:获取卫星的光学测量设备采集的连续的预设帧数的光学图像;
具体的,利用卫星上搭载的光学测量设备采集连续的光学图像,对于后续的处理,需要了连续的5帧或6帧的图像序列。
步骤102:利用帧间差分法从预设帧数的光学图像中检测出太空碎片,获取太空碎片的运动状态数据;
多帧的帧间差分法:摄像机采集的视频序列具有连续性,如果场景内又有运动的物体,那么采集的视频帧变化很微弱,一旦场景中存在运动的物体,则采集的视频帧与帧之间会有明显的变化,多帧的帧间差分法基于此原理,对同一连续时间上的两幅到五幅的图像进行差分运算,利用多帧采集的像素点在不同位置的变化,判断图像的灰度差值,当绝对值超过一定的阈值,就可以判断目标是运动目标,在航天器上采用连拍或视频拍摄的功能实现此技术。具体公式如下:
在帧间差分法中,阈值T的选择非常重要。如果阈值T选取的值太小,则无法抑制差分图像中的噪声;如果阈值T选取的值太大,又有可能掩盖差分图像中目标的部分信息;而且固定的阈值T无法适应场景中光线变化等情况。为此,采用在判决条件中加入对整体光照敏感的添加项的方法进行处理。添加项表达了整帧图像中光照的变化情况。如果场景中的光照变化较小,则该项的值趋向于零;如果场景中的光照变化明显,则该项的值明显增大,导致上式右侧判决条件自适应地增大,最终的判决结果为没有运动目标,这样就有效地抑制了光线变化对运动目标检测结果的影响。
视频序列中的目标运动较快,在这种情况下,运动目标在不同图像帧内的位置明显不同,采用两帧差分法检测出的目标会出现“重影”的现象,采用三帧差分法,可以检测出较为完整的运动目标。
步骤103:根据太空碎片的运动状态数据,从空间目标数据库中匹配得到太空碎片的轨道信息;
其中,空间目标数据库(TLE,双行轨道根数)的数据项包括:目标名称、历元时刻、平均运动一阶变率、平均运动二阶变率、轨道倾角、轨道升交点赤经、轨道偏心率、近地点辐角、平近点角和平运动速度。
太空碎片的运动状态数据包括轨道高度和方位角;根据太空碎片的运动状态数据,从空间目标数据库中匹配得到太空碎片的轨道信息,包括:
根据太空碎片的运动状态数据,计算太空碎片轨道平面参数;
根据太空碎片轨道平面参数,在空间目标数据库中进行匹配,得到太空碎片的轨道信息。
步骤104:根据太空碎片的运动状态数据和轨道信息,计算太空碎片的未来时段的轨道根数;
该步骤通过现有的轨道根数计算方法即可实现。
步骤105:根据太空碎片的未来时段的轨道根数,计算太空碎片和卫星之间的碰撞概率;
本实施例中,该步骤包括:
根据太空碎片的未来时段的轨道根数计算太空碎片的位置,并查询其所处的立方体编号;
步骤106:根据碰撞概率和预设的碰撞概率的阈值,判断太空碎片是否会和卫星发生碰撞,若为是,则生成卫星规避预案。
具体的,当碰撞概率大于预设的碰撞概率的阈值,则判断太空碎片是否会和卫星发生碰撞。
基于上述实施例,本申请实施例提供了一种太空碎片的碰撞预警装置,参阅图2所示,本申请实施例提供的太空碎片的碰撞预警装置200至少包括:
获取单元201,用于获取卫星的光学测量设备采集的连续的预设帧数的光学图像;
检测单元202,用于利用帧间差分法从预设帧数的光学图像中检测出太空碎片,获取太空碎片的运动状态数据;
匹配单元203,用于根据太空碎片的运动状态数据,从空间目标数据库中匹配得到太空碎片的轨道信息;
预测单元204,用于根据太空碎片的运动状态数据和轨道信息,计算太空碎片的未来时段的轨道根数;
计算单元205,用于根据太空碎片的未来时段的轨道根数,计算太空碎片和卫星之间的碰撞概率;
碰撞预警单元206,用于根据碰撞概率和预设的碰撞概率的阈值,判断太空碎片是否会和卫星发生碰撞,若为是,则生成卫星规避预案。
需要说明的是,本申请实施例提供的太空碎片的碰撞预警装置200解决技术问题的原理与本申请实施例提供的太空碎片的碰撞预警方法相似,因此,本申请实施例提供的太空碎片的碰撞预警装置200的实施可以参见本申请实施例提供的太空碎片的碰撞预警方法的实施,重复之处不再赘述。
如图3所示,本申请实施例提供的电子设备300至少包括:处理器301、存储器302和存储在存储器302上并可在处理器301上运行的计算机程序,处理器301执行计算机程序时实现本申请实施例提供的太空碎片的碰撞预警方法。
本申请实施例提供的电子设备300还可以包括连接不同组件(包括处理器301和存储器302)的总线303。其中,总线303表示几类总线结构中的一种或多种,包括存储器总线、外围总线、局域总线等。
存储器302可以包括易失性存储器形式的可读介质,例如随机存储器(RandomAccess Memory,RAM)3021和/或高速缓存存储器3022,还可以进一步包括只读存储器(ReadOnly Memory,ROM)3023。
存储器302还可以包括具有一组(至少一个)程序模块3025的程序工具3024,程序模块3025包括但不限于:操作子系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据,这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
电子设备300也可以与一个或多个外部设备304(例如键盘、遥控器等)通信,还可以与一个或者多个使得用户能与电子设备300交互的设备通信(例如手机、电脑等),和/或,与使得电子设备300与一个或多个其它电子设备300进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等)通信。这种通信可以通过输入/输出(Input /Output,I/O)接口305进行。并且,电子设备300还可以通过网络适配器306与一个或者多个网络(例如局域网(Local AreaNetwork,LAN),广域网(Wide Area Network,WAN)和/或公共网络,例如因特网)通信。如图3所示,网络适配器306通过总线303与电子设备300的其它模块通信。应当理解,尽管图3中未示出,可以结合电子设备300使用其它硬件和/或软件模块,包括但不限于:微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、磁盘阵列(Redundant Arrays of IndependentDisks,RAID)子系统、磁带驱动器以及数据备份存储子系统等。
需要说明的是,图3所示的电子设备300仅仅是一个示例,不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质存储有计算机指令,该计算机指令被处理器执行时实现本申请实施例提供的太空碎片的碰撞预警方法。
此外,尽管在附图中以特定顺序描述了本申请方法的操作,但是,这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作,或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地,可以省略某些步骤,将多个步骤合并为一个步骤执行,和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
尽管已描述了本申请的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种太空碎片的碰撞预警方法,其特征在于,包括:
获取卫星的光学测量设备采集的连续的预设帧数的光学图像;
利用帧间差分法从预设帧数的光学图像中检测出太空碎片,获取太空碎片的运动状态数据;
根据太空碎片的运动状态数据,从空间目标数据库中匹配得到太空碎片的轨道信息;
根据太空碎片的运动状态数据和轨道信息,计算太空碎片的未来时段的轨道根数;
根据太空碎片的未来时段的轨道根数,计算太空碎片和卫星之间的碰撞概率;
根据碰撞概率和预设的碰撞概率的阈值,判断太空碎片是否会和卫星发生碰撞,若为是,则生成卫星规避预案;
其中,根据太空碎片的未来时段的轨道根数,计算太空碎片和卫星之间的碰撞概率;包括:
根据太空碎片的未来时段的轨道根数计算太空碎片的位置,并查询其所处的立方体编号;
3.根据权利要求1所述的太空碎片的碰撞预警方法,其特征在于,空间目标数据库的数据项包括:目标名称、历元时刻、平均运动一阶变率、平均运动二阶变率、轨道倾角、轨道升交点赤经、轨道偏心率、近地点辐角、平近点角和平运动速度。
4.根据权利要求3所述的太空碎片的碰撞预警方法,其特征在于,太空碎片的运动状态数据包括轨道高度和方位角;根据太空碎片的运动状态数据,从空间目标数据库中匹配得到太空碎片的轨道信息,包括:
根据太空碎片的运动状态数据,计算太空碎片轨道平面参数;
根据太空碎片轨道平面参数,在空间目标数据库中进行匹配,得到太空碎片的轨道信息。
5.一种太空碎片的碰撞预警装置,其特征在于,包括:
获取单元,用于获取卫星的光学测量设备采集的连续的预设帧数的光学图像;
检测单元,用于利用帧间差分法从预设帧数的光学图像中检测出太空碎片,获取太空碎片的运动状态数据;
匹配单元,用于根据太空碎片的运动状态数据,从空间目标数据库中匹配得到太空碎片的轨道信息;
预测单元,用于根据太空碎片的运动状态数据和轨道信息,计算太空碎片的未来时段的轨道根数;
计算单元,用于根据太空碎片的未来时段的轨道根数,计算太空碎片和卫星之间的碰撞概率;
碰撞预警单元,用于根据碰撞概率和预设的碰撞概率的阈值,判断太空碎片是否会和卫星发生碰撞,若为是,则生成卫星规避预案;
计算单元,具体用于:
根据太空碎片的未来时段的轨道根数计算太空碎片的位置,并查询其所处的立方体编号;
6.一种电子设备,其特征在于,包括:存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任一项所述的太空碎片的碰撞预警方法。
7.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的太空碎片的碰撞预警方法。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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