一种基于动坐标系凝视的高轨空间目标增强探测方法与流程

本发明属于天基空间态势感知，具体涉及一种基于动坐标系凝视的高轨空间目标增强探测方法。

背景技术：

1、目前针对高轨空间目标的天基探测，主要采用基于惯性空间参考系的成像方式以及基于目标轨道信息的跟踪凝视方式，但在实际应用中仍存在明显不足，难以满足信噪比较低的暗弱目标探测及区域普查的需求。

2、首先，在惯性空间参考系下进行观测时，观测系统通常以恒星背景的惯性坐标系为参考进行稳定指向。在该模式下，高轨空间目标相对于恒星背景存在一定的视运动，在成像过程中会在探测器上形成连续的轨迹或拖尾现象，导致目标信号在空间上分散，峰值信号降低，从而使信噪比显著下降。对于亮度较低或尺寸较小的目标，该问题尤为突出，严重制约了系统的探测灵敏度和识别能力。

3、其次，基于目标轨道信息的跟踪凝视方法通过实时调整观测指向，使目标在像面上保持相对静止，该方法在已知目标条件下具有一定优势，但其性能高度依赖于目标轨道信息的精度。当轨道预报存在误差或目标机动时，容易导致目标偏离视场或成像位置不稳定，影响信号积累效果。此外，该方法需要目标详细的轨道参数输入和轨道外推计算从而实现姿态指向规划，系统实现复杂度高。

4、此外，在天基观测条件下，由于观测平台处于轨道运动状态，其位置和姿态随时间不断变化，观测几何关系更加复杂，使得现有方法在信号稳定积累、观测指向保持以及系统实现等方面面临挑战。

5、综上，现有技术在弱小高轨空间目标探测过程中，存在信号积累能力不足、对轨道先验依赖强、系统复杂度高等问题，有待进一步改进。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于动坐标系凝视的高轨空间目标增强探测方法。本发明旨在针对天基平台在轨运行条件下，难以直接建立与地球参考系稳定对应的观测指向关系的问题，提出一种基于地理坐标构建虚拟观测目标，并通过构建动坐标系实现天基观测参考系重建的观测规划方法。通过该方法，使天基观测平台在不依赖特定目标轨道先验信息的情况下，实现对地参考区域的稳定凝视观测，从而支持高轨空间目标的持续观测与区域普查。

2、所述方法具体包括如下步骤：

3、s1、定义地球观测参考单元，构建虚拟观测目标；

4、s2、根据观测平台轨道位置和虚拟观测目标位置计算对应的凝视指向，从而构建与地球参考系同步运动的观测参考；

5、s3、调整载荷的xy轴指向，使观测视场的长边与赤道平行，最终得到观测指向序列；

6、s4、分析凝视角速度，确保在卫星姿态控制范围内。

7、进一步，设虚拟观测目标的经纬高为，其中表示经度，表示纬度，表示高度，虚拟观测目标位置矢量表示为：

8、

9、其中，为地球偏心率，为卯酉圈曲率半径，为地球半长轴。

10、进一步，凝视指向的计算过程为：

11、

12、其中，为凝视指向，为从轨道系到凝视指向的欧拉轴角变换中的欧拉角，为轨道系下的欧拉轴。

13、进一步，，

14、其中，，为为从地心出发指向虚拟观测目标的矢量，求解时注意象限判断；为卫星位置矢量。

15、进一步，，

16、其中，，，，为卫星的wgs84速度矢量。

17、进一步，观测指向序列的计算过程为：，

18、其中，表示四元数乘法，为绕星体z轴的旋转四元数，为惯性四元数。

19、进一步，，其中，，为地轴矢量在星体xoy平面内投影与星体x轴的夹角。

20、进一步，，为轨道系与惯性系的转换四元数。

21、本发明所述方法的有益效果为：

22、（1）不依赖目标精确轨道信息即可开展观测规划，降低了系统对轨道预报精度和目标数据库完整性的依赖；

23、（2）可直接针对地理参考区域开展凝视观测，兼顾目标增强探测与区域普查需求，突破传统目标驱动观测模式限制；

24、（3）通过构建动坐标系，使高轨目标在观测参考系中的相对运动速度显著降低，从而提高目标信号积累能力和探测灵敏度；

25、（4）使恒星背景在像面形成拖尾分布，降低恒星背景对弱目标检测的影响，提高暗弱目标检测概率；

26、（5）在太阳同步轨道条件下，通过优选高纬度区域实施观测，可有效降低凝视角速度需求，提高观测持续时间。

1.一种基于动坐标系凝视的高轨空间目标增强探测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于动坐标系凝视的高轨空间目标增强探测方法，其特征在于，设虚拟观测目标的经纬高为，其中表示经度，表示纬度，表示高度，虚拟观测目标位置矢量表示为：

3.根据权利要求2所述的一种基于动坐标系凝视的高轨空间目标增强探测方法，其特征在于，凝视指向的计算过程为：

4.根据权利要求3所述的一种基于动坐标系凝视的高轨空间目标增强探测方法，其特征在于，，

5.根据权利要求4所述的一种基于动坐标系凝视的高轨空间目标增强探测方法，其特征在于，，

6.根据权利要求5所述的一种基于动坐标系凝视的高轨空间目标增强探测方法，其特征在于，观测指向序列的计算过程为：，

7.根据权利要求6所述的一种基于动坐标系凝视的高轨空间目标增强探测方法，其特征在于，，其中，，为地轴矢量在星体xoy平面内投影与星体x轴的夹角。

8.根据权利要求7所述的一种基于动坐标系凝视的高轨空间目标增强探测方法，其特征在于，，为轨道系与惯性系的转换四元数。

9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-8任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述方法的步骤。