微型航天探測系統(tǒng)及其目標(biāo)識(shí)別算法的分析

趙光遠(yuǎn)

【摘要】我國的經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平不斷提升。隨著空間技術(shù)的進(jìn)一步擴(kuò)展，我國的航天探測系統(tǒng)進(jìn)一步完善。航天事業(yè)直接關(guān)系著我國的大國地位，在現(xiàn)代技術(shù)的背景下，只有提高航天器的質(zhì)量，才能促進(jìn)航天事業(yè)的發(fā)展。本文將具體探討微型航天探測系統(tǒng)及其目標(biāo)識(shí)別算法的分析，希望能為相關(guān)人士提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】微型航天探測系統(tǒng)；目標(biāo)識(shí)別算法；分析

進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國和其他國家的經(jīng)濟(jì)文化交流日益緊密，與發(fā)達(dá)國家相比，我國的航天事業(yè)處在發(fā)展階段，仍有較大的提升空間。在航天事業(yè)發(fā)展中，微型航天器具有關(guān)鍵作用，一方面，微型航天器可以完成軍事任務(wù)，進(jìn)行目標(biāo)偵察和目標(biāo)識(shí)別，另一方面，微型航天器可以延展空間探測范圍，提高空間飛行效率。為了發(fā)揮微型航天器的實(shí)用價(jià)值，對(duì)微型航天探測系統(tǒng)及其目標(biāo)識(shí)別算法進(jìn)行分析勢在必行。

1微型航天探測系統(tǒng)概述

1.1結(jié)構(gòu)組成

和其他航天器相比，微型航天器具有明顯的特殊性，微型航天器的體積比較小，而且航天任務(wù)相關(guān)集中。在微型航天器中有多個(gè)功能組成部分，每個(gè)組成部分承擔(dān)的功能都不同，具體來說，微型航天器可以被分為監(jiān)測模塊、計(jì)算模塊、導(dǎo)航模塊、跟進(jìn)模塊、通信模塊五個(gè)部分。

就監(jiān)測模塊來說，微型航天器的監(jiān)測模塊可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，并把監(jiān)測結(jié)果上傳到?jīng)Q策系統(tǒng)中，方便決策人員對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的識(shí)別，可以獲取目標(biāo)的方位、尺寸、大小等等。就計(jì)算模塊來說，微型航天器的計(jì)算模塊可以對(duì)目標(biāo)的地理信息、通訊信息等進(jìn)行計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果發(fā)送給不同的職能部門。就導(dǎo)航模塊來說，微型航天器的導(dǎo)航模塊可以進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)航，判斷航天器的前進(jìn)方向，計(jì)算與目的地相距的距離等。就跟進(jìn)模塊來看，微型航天器的跟進(jìn)模塊可以對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行主動(dòng)跟進(jìn)，直到獲取目標(biāo)物的關(guān)鍵信息。就通信模塊來看，微型航天器的通信模塊可以和地面分析系統(tǒng)進(jìn)行通信，執(zhí)行地面分析系統(tǒng)所下達(dá)的任務(wù)，上傳具體的航天信息等。

1.2目標(biāo)獲取

在微型航天器的探測過程中，需要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分析，獲取目標(biāo)位置，把握目標(biāo)的各個(gè)參數(shù)等。當(dāng)目標(biāo)物和探測器的相對(duì)距離比較長，目標(biāo)物在探測器中的分辨率比較低，只能呈現(xiàn)出小的中心點(diǎn)。當(dāng)目標(biāo)物和探測器的相對(duì)距離比較短，目標(biāo)物在探測器中的分辨率有所提升，可以獲取一個(gè)像素，確定圖像的行心。為了提高圖像獲取的精確性，可以采用3D虛擬技術(shù)建立模型的方法，形成圖像模型，并在模型中建立坐標(biāo)系，對(duì)目標(biāo)物的坐標(biāo)進(jìn)行確定，計(jì)算目標(biāo)物在模型坐標(biāo)系中所占的面積，然后根據(jù)模型和實(shí)際空間結(jié)構(gòu)的比例，對(duì)目標(biāo)物的尺寸進(jìn)行判定。在目標(biāo)物行心獲取完畢之后，應(yīng)該對(duì)目標(biāo)物位置進(jìn)行放大，計(jì)算目標(biāo)物的仰視角和方位角等等，為地面系統(tǒng)提供更多的目標(biāo)物信息。

1.3探測仿真

微型航天器在進(jìn)行探測的過程中，僅僅會(huì)獲得目標(biāo)物的角度、尺寸、方位，如果想要計(jì)算目標(biāo)物的精確坐標(biāo)，需要采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的微型航天器，并劃定探測器的空間探測區(qū)域等等。在應(yīng)用多個(gè)微型航天器進(jìn)行探測時(shí)，應(yīng)該形成不同的探測直線，讓目標(biāo)物集中到探測器的直線焦點(diǎn)上，根據(jù)探測器的空間坐標(biāo)關(guān)系確定目標(biāo)物的空間位置。為了提高計(jì)算的精確性，可以引入矛盾方程組，矛盾方程組隨著探測器數(shù)量的增加而增加，最終可以通過最小二乘法求得最終的目標(biāo)物坐標(biāo)解。

2微型航天探測系統(tǒng)的目標(biāo)識(shí)別算法

2.1多幀識(shí)別算法

首先，在進(jìn)行微型航天探測系統(tǒng)的目標(biāo)識(shí)別時(shí)，可以應(yīng)用多幀識(shí)別算法。多幀識(shí)別算法是把獲取的圖像分成不同幀，并汲取每一幀的目標(biāo)物信息，對(duì)信息進(jìn)行整合，最終得到目標(biāo)物完整信息的一種計(jì)算方法。在應(yīng)用多幀識(shí)別算法的過程中，需要對(duì)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，不同傳感器獲得的圖像也存在較大差異，因此應(yīng)該將不同微型航天器所獲取的圖像進(jìn)行集合，通過調(diào)整圖像的對(duì)比度、灰度，對(duì)圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)等，使獲取的圖像最貼近真實(shí)信息。一般來說，微型航天器探測的目標(biāo)物處在不斷的變化之中，目標(biāo)物背景也在發(fā)生相應(yīng)變化，因此在多幀識(shí)別算法中的每一幀，都能得到不同的圖像數(shù)據(jù)流。在進(jìn)行圖像配準(zhǔn)的過程中，可以依據(jù)目標(biāo)物和背景的相關(guān)系數(shù)，計(jì)算圖像塊的平均值。

2.2單幀識(shí)別算法

在進(jìn)行微型航天探測系統(tǒng)的目標(biāo)識(shí)別時(shí)，可以應(yīng)用單幀識(shí)別算法。單幀識(shí)別算法是把對(duì)獲取圖像中的某一幀進(jìn)行分析，判斷目標(biāo)物的參數(shù)信息和屬性特征。在應(yīng)用單幀識(shí)別算法的過程中，可以改進(jìn)物體的連通域，把不同幀的目標(biāo)物作為連通標(biāo)記，然后判斷某一幀圖像中的目標(biāo)物行心。在圖像處理的過程中，技術(shù)人員可以對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，把彩色圖像轉(zhuǎn)換為黑白圖像，并進(jìn)行圖像分割，把目標(biāo)物和背景進(jìn)行劃分。在進(jìn)行圖像分割時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物相對(duì)較大，背景中的星星相對(duì)較小，因此可以把星星抽象成白色像素。為了簡化計(jì)算流程，應(yīng)該把相關(guān)的圖像信息進(jìn)行組合，形成像素之間的連通，在形成系統(tǒng)的像素團(tuán)塊之后，可以對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行標(biāo)記，獲取目標(biāo)物的方位。

結(jié)論

綜上所述，我國的經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平不斷提升。隨著空間技術(shù)的不斷擴(kuò)展，微型航天器的應(yīng)用范圍越來越廣泛。微型航天器不僅能在軍事領(lǐng)域發(fā)揮效用，還能在非軍事領(lǐng)域突出其實(shí)用價(jià)值。為了繼續(xù)優(yōu)化微型航天器的性能，技術(shù)人員必須把握微型航天探測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，掌握微型航天器目標(biāo)物探測的單幀識(shí)別算法和多幀識(shí)別算法。

參考文獻(xiàn)

[1]孫曉群. 基于DSP和雙目相機(jī)的激光光斑識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京工業(yè)大學(xué)，2013.