微型航天探測系統(tǒng)及其目標識別算法的分析

趙光遠

【摘要】我國的經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平不斷提升。隨著空間技術(shù)的進一步擴展，我國的航天探測系統(tǒng)進一步完善。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)及其目標識別算法的分析，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)；目標識別算法；分析

進入新世紀以來，我國和其他國家的經(jīng)濟文化交流日益緊密，與發(fā)達國家相比，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)，進行目標偵察和目標識別，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)揮微型航天器的實用價值，對微型航天探測系統(tǒng)及其目標識別算法進行分析勢在必行。

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功能組成部分，每個組成部分承擔(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、計算模塊、導(dǎo)航模塊、跟進模塊、通信模塊五個部分。

就監(jiān)測模塊來說，微型航天器的監(jiān)測模塊可以對目標進行動態(tài)監(jiān)測，并把監(jiān)測結(jié)果上傳到?jīng)Q策系統(tǒng)中，方便決策人員對目標進行識別。通過計算機系統(tǒng)的識別，可以獲取目標的方位、尺寸、大小等等。就計算模塊來說，微型航天器的計算模塊可以對目標的地理信息、通訊信息等進行計算，并把計算結(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)航模塊可以進行自動導(dǎo)航，判斷航天器的前進方向，計算與目的地相距的距離等。就跟進模塊來看，微型航天器的跟進模塊可以對目標物進行主動跟進，直到獲取目標物的關(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)進行通信，執(zhí)行地面分析系統(tǒng)所下達的任務(wù)，上傳具體的航天信息等。

1.2目標獲取

在微型航天器的探測過程中，需要對目標進行分析，獲取目標位置，把握目標的各個參數(shù)等。當(dāng)目標物和探測器的相對距離比較長，目標物在探測器中的分辨率比較低，只能呈現(xiàn)出小的中心點。當(dāng)目標物和探測器的相對距離比較短，目標物在探測器中的分辨率有所提升，可以獲取一個像素，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系，對目標物的坐標進行確定，計算目標物在模型坐標系中所占的面積，然后根據(jù)模型和實際空間結(jié)構(gòu)的比例，對目標物的尺寸進行判定。在目標物行心獲取完畢之后，應(yīng)該對目標物位置進行放大，計算目標物的仰視角和方位角等等，為地面系統(tǒng)提供更多的目標物信息。

1.3探測仿真

微型航天器在進行探測的過程中，僅僅會獲得目標物的角度、尺寸、方位，如果想要計算目標物的精確坐標，需要采用兩個或兩個以上的微型航天器，并劃定探測器的空間探測區(qū)域等等。在應(yīng)用多個微型航天器進行探測時，應(yīng)該形成不同的探測直線，讓目標物集中到探測器的直線焦點上，根據(jù)探測器的空間坐標關(guān)系確定目標物的空間位置。為了提高計算的精確性，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物坐標解。

2微型航天探測系統(tǒng)的目標識別算法

2.1多幀識別算法

首先，在進行微型航天探測系統(tǒng)的目標識別時，可以應(yīng)用多幀識別算法。多幀識別算法是把獲取的圖像分成不同幀，并汲取每一幀的目標物信息，對信息進行整合，最終得到目標物完整信息的一種計算方法。在應(yīng)用多幀識別算法的過程中，需要對圖像進行配準，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行集合，通過調(diào)整圖像的對比度、灰度，對圖像進行旋轉(zhuǎn)等，使獲取的圖像最貼近真實信息。一般來說，微型航天器探測的目標物處在不斷的變化之中，目標物背景也在發(fā)生相應(yīng)變化，因此在多幀識別算法中的每一幀，都能得到不同的圖像數(shù)據(jù)流。在進行圖像配準的過程中，可以依據(jù)目標物和背景的相關(guān)系數(shù)，計算圖像塊的平均值。

2.2單幀識別算法

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

結(jié)論

綜上所述，我國的經(jīng)濟社會不斷發(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)域突出其實用價值。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物探測的單幀識別算法和多幀識別算法。

參考文獻

[1]孫曉群. 基于DSP和雙目相機的激光光斑識別系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].北京工業(yè)大學(xué)，2013.