空间目标观测自动化的关键技术研究

A ground-based optical telescope with precision measurement functions mainly for the precise orbit determination on the space target. With the development of observation technology, the operation mode of ground optical telescope tends to be unattended operation featuring observation automation, recording digitalization, transmission network. Fast and accurate target identification and stable target tracking is the key to observation automation. The project centers on the technology of target identification and tracking based on computer vision image to improve observation automation, thus an unattended operation mode is achieved. First of all, a classifier based on Logistic regression model is designed for automatic classification of a space target and background stars by a study on the static and motional feature of a space target. Next, a tracking algorithm based on the combination of Mean Shift and feature matching is proposed for precise orbit determination on a space target. The project serves to free observers from onerous observation routines, speed the operation of station networks, and achieve a high-efficiency and low-cost operation mode.

精密测量型地基光电望远镜的主要作用是为空间目标的精密定轨服务。随着观测技术的发展，地基光电望远镜运行模式逐渐趋于以观测自动化、记录数字化、传输网络化为特点的无人职守运行，而快速准确的目标识别和稳定的目标跟踪是实现观测自动化的关键。本项目将要解决的核心问题是研究基于计算机图像视觉的目标识别与跟踪技术，来提高系统观测自动化程度，实现系统的无人职守运行模式。首先，通过对空间目标静态特征和运动特征学习，设计出基于Logistic回归模型的分类器用于空间目标和背景恒星自动分类；其次，提出了一种基于均值漂移与特征匹配相结合的跟踪算法用于目标的精密定轨。项目研究的意义在于它把观测员从繁重观测任务中解放出来，提高台网的运行效率,实现高效、低成本的运行模式。

望远镜不同设备物理位置的隔离，要求观测控制系统是一个分布式的系统。但是，国内绝大多数精密测量型地基光电望远镜的观测控制系统，都将这些功能集中到一个软件上。不利于通过网络实现远程控制，达到集中管理的目地。.本项目设计的观测控制系统采用分布式控制架构，包括望远镜运动系统、图像采集系统和数据处理系统以及观测总控软件。观测总控软件的主要任务是管理、协调和控制各子系统操作，使整个望远镜系统有条不紊地、按计划、有步骤地进行观测。观测总控软件包含以下三个功能：一是选择观测计划，二是管理望远镜运动控制系统、图像采集系统完成望远镜观测流程，三是引导数据处理系统处理观测数据。.国内绝大多数精密测量型地基光电望远镜在观测方面还要人工干预，尤其是对于MEO和GEO的空间目标还不能做到完全的无人值守。因此，精密测量型望远镜的工作流程核心环节是空间目标识别算法，它直接决定了观测的效率和探测的精度。.因为观测模式属于精密跟踪测量，所以空间目标的方位角和高度角和望远镜光轴中心的方位角和高度角变化理论上是相同的。因此本项目设计空间目标识别算法，核心是利用相似函数将求解出目标运动方向与望远镜的指向作比较，来判定二者的方向是否一致，进而背景恒星中识别出空间目标。该算法对空间目标的识别率为97%以上。.将本项目研制的光电望远镜的控制系统、空间目标识别算法和空间目标的天文定位算法对长春人卫站1.2米望远镜升级改造。升级后的1.2米光电望远镜性能稳定，在4个月工作过程中，一共获得有效观测数据2593圈，能够实现对高、中、低轨道空间目标的自动化观测。采用本项目研制的光电望远镜的控制系统、空间目标识别算法和空间目标的天文定位算法可以提高1.2米光电望远镜的观测自动化程度，实现系统无人值守的观测运行模式，通过网络实现远程控制，达到集中管理的目地，将观测员从繁重观测任务中解放出来。