在轨光学相机探测图像数字仿真系统设计与实现

根据在轨光学相机测量原理与工作环境,建立了空间目标相对运动学与反射光学特征模型、相机成像模型以及背景恒星成像模型;分析了相机测量噪声及相机探测灵敏度并在仿真中考虑了对干扰因素成像质量的影响,完成了现有星表中背景恒星的视星等根据相机的探测波段范围进行了仪器星等的等效计算,以提高仿真图像的逼真度;根据相机工作原理设计了仿真流程,应用Visual C++与Open GL技术完成了仿真软件的实现。     

影响测绘相机匹配精度的辐射指标量化

考虑测绘相机的辐射指标对影像匹配精度的影响,对相机辐射指标的量化进行研究,建立了辐射指标与影像匹配精度之间的关系模型,为确定测绘相机辐射指标提供理论支持.推导出了最小二乘影像匹配精度的计算模型,提出影响匹配的主要因素,包括成像场景特性、传递函数(MTF)、信噪比(SNR)与辐射畸变(RD);对上述因素产生的像质退化进行建模与仿真,结合最小二乘匹配以及遗传算法的BP神经网络模型(GABPNN)建立辐射指标与匹配精度之间的数值模型;最后利用仿真与在轨获取的遥感影像数据验证模型.试验结果表明,该模型估算精度＜0.01 pixel.利用该模型在匹配误差＜0.1 pixel的测绘需求下,分析出相机的辐射指标应满足MTFN＞0.08、SNR＞45以及RD＜4％.     

空间目标相对运动角参数的天基光学测量方法

利用在轨光学相机对空间目标进行跟踪测量,目标相对运动角参数的测量精度决定了空间目标的定轨精度.针对轴系定向原理精度差、天文定向运算量大等问题.提出了基于星图识别的天基光学定向算法.根据空间目标及参考恒星在相机焦平面上成像角的位置关系.利用参考恒星的惯性天球坐标确定目标相对视线的惯性空间角(赤经、赤纬);建立了目标视线角...     

天基红外图像的点目标检测

为了研究地球同步轨道卫星红外扫描相机图像星上处理技术,分析了美国国防支援计划(DSP)卫星Phase-Ⅱ阶段和改进后的星上信息处理机的基本处理流程,提出了一种适用于星上工作环境的红外扫描图像点目标检测双通道滤波方法。首先,采用均值滤波抑制背景,对背景去除后的残差图像进行自适应门限探测;在门限滤波的同时,采用峰值判别算法对峰值数据进行检波以降低自适应门限滤波产生的虚警;最后,采用融合算法对超过门限的图像及峰值检波图像的双通道数据进行目标确认。该算法在保证高目标检测率的同时降低了虚警率,简单可行且利于硬件实时实现。实验结果表明,当目标信噪比6时,检测概率可达99.3%(虚警率为1.3×10-3);算法实时性分析表明,处理器主频为200MHz时,算法处理能力为56.45Mb/s,满足天基信息处理要求。     

深空背景点目标红外序列图像生成

针对空间目标天基探测仿真系统需求,提出了一种基于卫星工具套件(STK)+MATLAB的深空背景点目标红外序列图像生成方法.点目标表面温度计算采用了比节点网络法更高效的等温简化模型以提高仿真效率;由比低分辨率光谱仪(LRS)模型更完备的中段空间实验卫星(MSX)红外星表提供深空背景模型,扩展了探测系统仿真应用领域;同时,建立了以电子数表征的目标背景照度和图像灰度转换模型.图像仿真过程中加入卫星扰动误差、相机测量误差和焦面电子学噪声,仿真生成的图像序列更接近真实物理过程.该仿真方法可以模拟任意时刻、任意指向和任意光学视场4～26 μm的点目标红外图像序列,图像生成实时性好.文章最后给出了某空间目标的红外序列图像仿真实例.     

基于面元网格化的空间目标光学特性计算方法

为实现复杂结构空间目标光学特性的工程化计算,基于计算几何的面元网格化思想,提出了一种空间目标光学特性计算方法.建立了空间目标标准几何结构、面元网格划分、面元遮挡、面元照度计算的数学模型,设计开发了空间目标光学特性计算软件.针对不同的卫星目标,进行了光学特性的计算,并将计算结果分别与解析法计算结果和试验测量结果进行比较分析,结果表明面元网格化的计算精度优于解析方法,且与试验结果相比其计算偏差小于一个视星等,满足工程应用的要求.     

基于杂波模型的天基目标红外探测波段选择

对美国国防支援计划（DSP）系统对导弹目标的探测波段及其选择方法进行了探索性研究。提出了一种基于背景杂波模型的波段选择方法。首先推导了简化的场景辐射参数表达形式,建立了场景空间杂波模型,给出了综合信噪比解析式;然后通过遍历目标辐射特性空间、背景杂波水平空间与谱段空间选择了最佳工作波段,使得探测系统在不同背景杂波水平下对辐射特性相似的一类目标的综合探测性能达到最佳;最后通过算例说明了该方法的有效性。经计算分析发现,系统最佳探测波段与场景的空间杂波水平以及目标的辐射特征密切相关;在不同的杂波水平下,选用两个目标辐射模板,DSP的最佳探测波段为2.73~2.85μm与4.2~4.43μm。     

星空背景数字图像的生成

提出了一种相机在回路的星空背景数字图像生成方法.依据光度量与辐射度量的关系,建立恒星成像信号强度模型,计算目标在焦面的成像强度.通过星图软件SKYMAP对天区内恒星数目及星等进行统计,拟合得到相机观测视场内恒星数目与星等的统计函数.使用该统计函数模拟相机视场内的恒星数目及其对应的星等.最后,基于成像信号强度模型、恒星数目及星等的统计函数以及恒星在焦面的成像特性,提出全天区统计的星空背景数字图像生成方法.基于具体的相机C与光学系统参数,对星空背景数字图像生成方法进行仿真验证.结果表明,该方法可生成较大星等(星等＞10)的星空背景图像,基本满足了现有空间目标检测与跟踪算法对星空背景数据的要求.     

基于仿真场景的天基红外探测系统性能评估

利用仿真生成的二维辐射场景数据,提出了一种探测系统性能的评估分析方法,建立了美国天基红外高轨探测系统(SBIRS-H)总体指标与探测性能的关系。该方法以统计的杂波等效目标定量描述了场景杂波大小,并利用信杂比综合表征探测性能,反映出不同系统参数下的探测性能变化规律,可应用在红外探测系统方案分析、设计与评估阶段。