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《哈尔滨工业大学》 2010年
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卫星目标识别与特征参数提取方法研究

舒锐  
【摘要】: 天基空间目标探测技术越来越受到重视,其应用模式决定了不受地理位置和气象条件限制,探测效果好,且存在战时生存能力强等优点。但由于星上信息处理能力很有限,功率也无法和地基监视系统相比。并且空间探测时多数是低信噪比的情况,此时噪声等干扰因素对目标的识别产生巨大的影响,尤其识别与目标具有相同轨道和相似外形的诱饵将更加困难。已有研究证明目标和诱饵等干扰在辐射特性上存在差异,如何在多种噪声干扰下提取这种辐射差异,并进行目标识别就是本文的主要研究目标。通过分析各种识别方法的优缺点,确定了以辐射特性差异为主,以轨迹差异为辅的天基空间目标识别方法。主要研究内容包括以下几个方面: (1)空间目标辐射特征结构及与干扰的辐射差异分析 以卫星目标为研究对象,从辐射度学原理出发建立天基探测系统接收的空间目标辐射计算模型,确定空间目标辐射特征结构和不同探测角度、探测距离等参数对目标辐射的影响。接着通过推导的恒星辐射度函数,计算探测波段内的恒星辐射,对可能干扰目标探测的恒星进行筛选。分析噪声的主要组成部分和分布形式,确定噪声对目标的影响,在已有目标和诱饵辐射差异的基础上,进一步的确定目标与恒星背景、系统噪声等干扰的差异。 (2)噪声干扰下基于分段等效黑体温度的目标辐射特性提取 首先给出目标分段等效黑体温度的概念,通过计算目标辐射出射度比值,利用不同波段时的比值曲线来计算分段等效黑体温度。使用分段等效黑体温度的辐射特性提取方法,可以不受探测距离和探测角度的影响,且能排除环境干扰而真正体现目标自身辐射特性。在噪声干扰下辐射出射度比值计算会产生误差,为了使噪声的影响最小,利用观测数据设计有效的估计量。通过分析估计误差与辐射出射度比值和信噪比的关系曲线,进一步的修正估计量和确定误差分布范围,来提高估计精度。最后通过多帧叠加的方式,进一步的提高了目标分段等效黑体温度估计的稳定性。 (3)空间目标探测最佳波段的确定 辐射特性的提取精度不仅与噪声水平有关,而且受到波段选择的影响。通过分析在噪声干扰下,不同波段参数时分段等效黑体温度计算误差的变化趋势,确定最佳探测双波段,利用最佳探测双波段比传统的波段具有更高的计算精度。为了进一步降低计算误差,分析不同多波段组合时的计算误差表达式,确定进一步误差降低原则。最后分析波段组合数量对计算误差的影响,得到并非使用波段组合数量越多越好的结论。 (4)基于辐射特性差异的空间目标识别 为了去除了多数噪声的影响,进行基于辐射强度和辐射相关性的二次图像阈值分割。随后计算目标的分段等效黑体温度序列,利用小波分析进一步获得分段等效黑体温度序列的变化频率和分布方差,并配合轨迹跟踪方法实现目标识别。通过仿真实验验证了目标识别方法,尤其在区分与目标具有相似外形和相同轨道的诱饵时更有价值。 (5)面目标的特征参数提取 当卫星与探测系统距离接近而成面目标时,需要进行特征参数的提取,确定感兴趣区域的位置。通过轮廓提取,利用相似度方法确定目标观测方向。接着利用改进的算法提取角点,并根据各角点对应的理想轮廓位置确定感兴趣区域。 本文工作为天基空间目标探测与识别等研究工作打下基础,并能在我国空间探测的工程化进程中起到一定的作用。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 陈永胜;面向空间目标识别的红外与可见光图像融合算法及仿真研究[D];上海交通大学;2012年
2 周丽莎;基于模板匹配的视觉定位技术研究与应用[D];大连理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 丁义刚;空间综合环境对航天器热控涂层性能退化效应研究[D];国防科学技术大学;2005年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 王书宏;胡谋法;陈曾平;;强背景下空间目标光电探测的可行性分析[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
4 李燕苹;谢维信;杨烜;;复杂背景下基于多传感器图像融合的小目标检测[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
5 赵羲;刘毅锟;闫兆婵;孙曼;;基于图形硬件的深空目标光学实时成像仿真[A];中国测绘学会2010年学术年会论文集[C];2010年
6 郑常华;王宏强;赵静洋;;基于背景预测的快速红外弱小目标检测算法[A];中国电子学会第十七届信息论学术年会论文集[C];2010年
7 张兴华;吴冬梅;蔺丽华;;基于相位相关和特征点匹配的红外遥视图像配准[A];第八届全国信号与信息处理联合学术会议论文集[C];2009年
8 余明;;关于狮子座流星雨的探讨以及与人类的关系[A];第六届海峡两岸天文推广教育研讨会论文集[C];2004年
9 谢献春;余明;;地球概论实验课程的改革与探索[A];2006粤港澳天文研究与天文教育研讨会论文集[C];2006年
10 路大举;万敏;杨锐;葛成良;;基于Sinda/G的红外成像仿真原理和应用[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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3 王义文;钢球表面缺陷检测关键技术研究及样机研制[D];哈尔滨理工大学;2010年
4 王若璞;空间碎片环境模型研究[D];解放军信息工程大学;2010年
5 李华;激光制导信息场仿真关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
6 郝颖萍;正电子湮没技术对SmFeAsO_(1-x)F_x缺陷的研究[D];中国科学技术大学;2011年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 仇晨光;动态场景中的运动目标检测与跟踪技术[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 包玉刚;视频图像中的运动目标跟踪算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 孙政;基于线阵CCD的岩屑识别系统设计与实现[D];中国海洋大学;2010年
4 王丹丹;基于月球平动点轨道的星座自主定轨研究[D];解放军信息工程大学;2010年
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6 胡铮;面向视频监控的目标检测和跟踪技术[D];浙江大学;2011年
7 李刘苗;海天背景目标红外辐射特性研究[D];西安电子科技大学;2011年
8 牛武斌;基于GPU的目标对背景红外辐射的散射计算[D];西安电子科技大学;2011年
9 戎有兰;空间索网结构的型面精度分析[D];西安电子科技大学;2011年
10 曾凡旋;凝视型高速红外成像系统仿真[D];西安电子科技大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林玉池;周欣;宋乐;黄银国;;基于NSCT变换的红外与可见光图像融合技术研究[J];传感器与微系统;2008年12期
2 曾万梅;吴庆宪;姜长生;;基于组合不变矩特征的空中目标识别方法[J];电光与控制;2009年07期
3 方海涛,黄德双;激光光斑能量分布的三维伪彩色可视化方法[J];光电工程;2004年10期
4 李美丽;李言俊;王红梅;张科;;基于NSCT和PCNN的红外与可见光图像融合方法[J];光电工程;2010年06期
5 刘贵喜,赵曙光,杨万海;基于梯度塔形分解的多传感器图像融合[J];光电子·激光;2001年03期
6 李晖晖;郭雷;刘航;;基于二代curvelet变换的图像融合研究[J];光学学报;2006年05期
7 李元祥;许鹏;敬忠良;魏宪;;空间目标序列图像识别技术[J];哈尔滨工业大学学报;2009年11期
8 王克鸿,刘永,徐越兰,余进,周毅仁;弧焊机器人离线编程系统[J];焊接学报;2001年04期
9 谢维信,秦桉;人的视觉对灰度级别的分辨能力及视觉内部噪声的研究[J];航天医学与医学工程;1991年01期
10 王敏,黄心汉;基于视觉与超声技术机器人自动识别抓取系统[J];华中科技大学学报;2001年01期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 袁野;摄像机标定方法及边缘检测和轮廓跟踪算法研究[D];大连理工大学;2002年
2 李伟;像素级图像融合方法及应用研究[D];华南理工大学;2006年
3 马君国;空间雷达目标特征提取与识别方法研究[D];国防科学技术大学;2006年
4 陈玉春;多源图像融合算法研究[D];西北工业大学;2006年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 姜鹏飞;基于稀疏表示与字典学习的图像去噪算法研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 金靖宇;基于稀疏表示的图像分离[D];西安电子科技大学;2011年
3 周洋;图像式刀调仪视觉检测技术研究[D];江南大学;2011年
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5 刘金保;形状匹配算法研究及应用[D];广东工业大学;2011年
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9 刘阳;基于图像处理的PCB焊接缺陷检测技术研究[D];大连理工大学;2009年
10 卜珂;基于SURF的图像配准与拼接技术研究[D];大连理工大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 李红艳;图像低信噪比小目标检测与跟踪算法研究[D];西安电子科技大学;2000年
2 魏波;点时空约束图像目标跟踪理论与实时实现技术研究[D];电子科技大学;2000年
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4 陈颖;序列图像中微弱点状运动目标检测及跟踪技术研究[D];电子科技大学;2003年
5 艾斯卡尔;红外搜寻与跟踪系统关键技术研究[D];电子科技大学;2003年
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 陈尚锋;基于加权动态规划的小目标检测算法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
2 邹江威;强背景弱信号目标光电检测技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 严江江;丁明跃;周成平;;一种基于对数极坐标变换的快速目标识别算法[J];智能系统学报;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈晓清;马君国;赵宏钟;付强;;基于二维小波变换的激光成像雷达目标识别算法[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
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5 张雄;韩继红;;建筑物红外热像检测技术研究[A];吴中伟院士从事科教工作六十年学术讨论会论文集[C];2004年
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7 李秋华;杜鹢;任芳;;基于多分类器决策级融合的红外双波段图像目标识别[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(上册)[C];2009年
8 杨蕾;曹恒;;一种新型NDT技术——双频红外检测的研究与应用[A];中国仪器仪表学会第五届青年学术会议论文集[C];2003年
9 赵东辉;聂佳相;陈国荣;FRUMAR M;WAGNER T;;新型硫系玻璃的红外光学透过性能研究[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
10 葛世名;李工一;;红外技术在玻璃热加工中的应用[A];全国第五届浮法玻璃及深加工玻璃技术研讨会论文集[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 石镇山;非接触红外体温测量与“非典”防治[N];科技日报;2003年
3 吉拉蒂洛;如何设定红外线通信端口[N];电脑报;2005年
4 河北 薛成;十路红外顺序遥控电路[N];电子报;2002年
5 四川 王斌;自制智能型红外学习遥控器[N];电子报;2005年
6 本报通讯员 汤伟忠本报记者 仲崇山;“红外侦探”成守护神[N];新华日报;2007年
7 文轩;“五朵金花”映红外资局服务窗口[N];中国工商报;2004年
8 志军;红外陶瓷:陶瓷家族新成员[N];中国矿业报;2005年
9 阿龙;用笔记本电脑红外口实现打印[N];中国电脑教育报;2001年
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2 刘涛;中段弹道目标群天基红外成像探测与识别技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
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4 郭志军;周扫式光电预警实时图像处理系统的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
5 陈晓清;激光成像雷达目标识别算法研究[D];国防科学技术大学;2010年
6 蓝朝桢;空间目标天基光学观测系统建模与探测能力分析[D];解放军信息工程大学;2009年
7 魏艳涛;基于流形学习及导出核模型的目标识别研究[D];华中科技大学;2012年
8 傅荟璇;运动目标识别与光电跟踪定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 刘杨;事件相关电位脑—机接口的最优设计[D];国防科学技术大学;2010年
10 刘建军;基于图像局部不变特征的类属超图构建与目标识别技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 谭芳;基于特征信息提取的目标识别算法研究[D];电子科技大学;2010年
2 陈达兴;自适应巡航控制系统中前方有效目标识别算法研究[D];吉林大学;2011年
3 刘明;毫米波主被动探测器目标识别算法研究[D];南京理工大学;2010年
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5 袁世培;基于移动机器人平台的目标识别算法研究[D];吉林大学;2012年
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7 张奔;基于高分辨距离像的目标识别算法和演示系统设计研究[D];西安电子科技大学;2011年
8 张姗姗;基于红外扫描图像的运动目标识别及跟踪技术研究[D];武汉理工大学;2010年
9 郭飞;基于多特征融合的非特定视频目标识别算法[D];郑州大学;2012年
10 张驰;部分遮挡目标识别算法研究[D];西安工业大学;2010年
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