典型卫星局部构件光学识别方法研究

作     者：胡建明 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：智喜洋

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：卫星识别 局部构件 聚类模型 识别算法 识别概率 

摘      要：目前,针对以卫星为主的重要太空资源与设施的攻击、保护和在轨服务已成为世界各国航天技术的重要发展方向,而卫星识别技术是其中的关键环节。而飞行器抵近技术的日益成熟,使得利用天基平台对太空目标进行高分辨率光学成像成为可能,这对卫星识别特别是局部构件的精确识别也提出了更新更高的需求。然而,尽管国内外在天基目标探测识别方面的研究较多,但多集中在远距离情况下的点目标探测及在轨运动状态的识别方面,针对卫星本体、太阳帆板等重要构件的识别方面的研究罕有报道。本论文针对该问题,开展典型卫星局部构件光学特性及其聚类特征与参数化表征方法研究,在此基础上研究复杂太空环境下的目标局部构件识别方法与算法,并开展实验验证。主要研究工作与成果如下:(1)建立卫星典型局部构件的参数化表征方法与聚类模型。针对不同类型的典型卫星,分析了卫星局部构件的几何结构与光学特性,在此基础上提取了用于辨识卫星本体、太阳帆板等局部构件的聚类特征,并研究了这些特征的参数化表征方法,同时结合卫星先验知识,建立了本体、太阳帆板、天线构件的聚类参数集与聚类模型。利用该模型可实现局部构件特征的分类与识别,并支持后续目标识别方法与算法研究;(2)提出卫星典型局部构件的识别方法与算法。结合典型卫星先验知识与构件聚类模型,综合考虑卫星在在轨运行中成像系统离焦、电子学噪声、平台抖动等导致的图像模糊、噪声、对比度下降等像质退化问题,以及太空目标与天基平台之间复杂相对运动关系导致的目标几何变形以及遮挡等问题,提出了基于单帧与多帧序列图像的卫星局部构件识别方法及算法流程和策略,从而提出了基于单帧与多帧序列图像的卫星局部构件识别算法;(3)算法实验验证及适用性分析。结合数字仿真和地面半物理实验,获取不同像质退化程度及太空目标与天基平台间不同相对位姿关系导致局部构件自遮挡与互遮挡以及几何变形条件的序列帧图像数据。利用该数据,验证了基于单帧和多帧序列图像的目标聚类与识别算法的准确性与适用性。