[发明专利]一种基于高低轨光学卫星观测的海上目标关联系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于高低轨光学卫星观测的海上目标关联系统及方法，包括：目标检测与跟踪模块、目标检测与运动特征提取模块和目标多层次多特征关联模块；目标检测与跟踪模块，利用高轨光学卫星图像序列进行海上目标的检测与跟踪，得到海上目标的运动轨迹信息；目标检测与运动特征提取模块，利用低轨图像进行海上目标的检测与运动特征提取，得到目标的位置与航向信息；目标多层次多特征关联模块，基于目标检测与跟踪模块得到所述运动轨迹信息和目标检测与运动特征提取模块得到的所述位置与航向信息，进行海上目标多层次多特征关联。本发明可以显著提高海上目标的监视能力，同时在复杂观测背景下具有很高的目标关联正确率，且易于实现。

技术领域

本发明涉及一种基于高低轨光学卫星观测的海上目标关联系统及方法，属于天基海洋监视中海上目标信息融合技术领域。

背景技术

随着卫星种类与数量的不断增加，海洋监视应用形式更加复杂。单颗、单类卫星得到的信息单一，难以完成对海上目标的有效观测，需要多颗多类甚至不同轨道的卫星相互协同，共同完成对海上目标的持续监视。

高轨光学卫星可以对海上目标进行大范围、长时间、连续跟踪，但是高轨光学卫星受轨道高度的限制，卫星成像的分辨率较低，在海上目标几何等特征提取上较为困难，更难以识别出目标类型，且系统复杂、造价昂贵。而低轨光学卫星的图像分辨率很高，利于海上目标的检测与特征提取，很多卫星可以进行类型甚至个体识别。同时，随着微纳技术的发展，低轨光学卫星的集成度越来越高，在制造与发射成本等方面存在很大优势。因此，可以利用高轨、低轨成像卫星进行海上目标联合监视，实现高轨的发现跟踪与低轨的详查识别，利用多源卫星信息的融合提高海上目标态势感知能力。在高低轨多星联合监视中，低轨卫星海上目标点迹与高轨卫星海上目标航迹的关联是两种卫星信息融合的关键。但是，目前国内外主要针对高低轨卫星任务规划问题进行研究，对于高低轨卫星联合监视下的海上目标关联方面还没有公开的资料，因此迫切需要一种有效可行的点迹关联方法。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于高低轨光学卫星观测的海上目标关联系统及方法，关联正确率高、鲁棒性强，联合提高了目标监视能力。

本发明的基本思路是：首先通过高轨卫星跟踪得到海上目标的运动轨迹，然后通过低轨卫星得到海上目标的位置与航向等信息，最后通过多特征多层次的目标关联将高轨、低轨的目标信息融合。本发明的技术方案包括以下处理步骤：

步骤一：利用高轨光学卫星图像序列进行海上目标的检测与跟踪，得到目标在每帧图像中的图像位置，通过高轨卫星图像的像方与物方变换关系得到点迹的地理位置，在地理坐标下通过多假设跟踪算法进行数据关联，从而得到海上目标的运动轨迹信息；

步骤二：利用低轨图像进行海上目标的检测，得到目标的图像位置与图像切片。利用低轨卫星图像的像方与物方变换关系，得到目标的地理位置。利用图像切片进行运动特征提取，得到海上目标航向信息；

步骤三：根据步骤一中高轨卫星目标运动轨迹与步骤二中低轨卫星目标检测点迹，提出一种基于位置、大小、航向等特征信息的海上目标多层次多特征关联方法，最终得到海上目标在高低轨卫星图像中的一一对应关系，实现高低轨卫星信息的有效融合。

所述高轨卫星图像的海上目标检测与跟踪模块具体实现过程如下：

(1)利用恒虚警算法对高轨卫星图像进行海上目标检测，得到目标在每帧图像中的图像位置；

(2)利用卫星图像的像方与物方变换关系，将第一步中的图像位置转换为地理位置，得到检测点迹的地理位置；

(3)根据步骤(2)中每帧检测点迹的地理位置，在地理坐标下建立运动模型，利用多假设跟踪算法或采用联合概率数据关联方法对进行海上目标跟踪，得到海上目标的运动轨迹信息。

所述低轨卫星图像的海上目标检测与运动特征提取模块具体实现过程如下：