[发明专利]基于CCD相机不同曝光时间交替的空间碎片观测方法

说明书

本发明公开了一种基于CCD相机不同曝光时间交替的空间碎片观测方法，通过控制CCD相机按照给定的曝光时间，连续进行短曝光和长曝光图像的交替采集；通过处理奇数帧短曝光图像，实现低中高轨道空间碎片的检测与天文定位；通过处理偶数帧长曝光图像，实现中高轨道空间碎片的检测，同时利用前后相邻奇数帧图像的底片模型系数实现当前帧所检测中高轨碎片的天文定位；而且在搜索观测模式下，通过多点平差的方法以及相邻奇数帧的底片模型系数，实现低中高轨道空间碎片的精密天文定位，本发明能够实现全轨道空间碎片的同时探测和精确天文定位，提高了观测设备的观测效率，确保观测设备对于全轨道空间碎片的测量精度。

技术领域

本发明涉及空间碎片观测技术领域，具体而言涉及一种基于CCD相机不同曝光时间交替的空间碎片观测方法。

背景技术

在科研、军事等许多领域，都需要对空间碎片进行监视，给出空间碎片的每一个瞬间在天空中的位置及其变化，确定空间碎片的运行轨道，从而获取空间碎片精确的信息。

无论是跟踪模式还是搜索模式下，传统的观测方法均是在某一时间段内CCD相机基本上按照固定的曝光时间采集图像。

在跟踪模式下为了提高暗弱低中高轨道的空间碎片的探测成功率，只能通过增加曝光时间，这样就造成背景恒星的拉线太长，无法实现低中高轨道空间碎片的天文定位，尤其是视运动速度较快的低轨目标。

在恒动或者静止等待的搜索模式下，通常CCD相机曝光时间较长，有利于中高轨空间碎片探测，一方面造成低轨道空间碎片的星像拉长及像素数增加，从而造成低轨道空间碎片检测失败，无法实现低轨道空间碎片检测；另一方面由于CCD相机曝光时间越长造成背景恒星拉线就越长，造成恒星灰度质心定位精度下降，从而降低了所检测空间碎片的天文定位精度。

因此对于传统的观测方法来讲，有以下三个问题：

(1)CCD相机短曝光，有利于低轨道空间碎片检测及保证天文定位精度，但是造成暗弱中高轨空间碎片探测失败。

(2)跟踪模式下CCD相机长曝光，有利于暗弱低中高轨到空间碎片探测，但是会导致低中高轨道空间碎片的天文定位精度下降或者天文定位失败。

(3)恒动搜索模式下CCD相机长曝光，有利于暗弱中高轨到空间碎片探测和保证天文定位精度，但是由于低轨道空间碎片星象拉长严重，造成低轨道空间碎片检测失败。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于CCD相机不同曝光时间交替的空间碎片观测方法，结合不同爆光时长、例如短曝光和长曝光各自的优势点，实现全轨道空间碎片的同时探测和精确天文定位，提高了观测设备的观测效率，确保观测设备对于全轨道空间碎片的测量精度。

为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种基于CCD相机不同曝光时间交替的空间碎片观测方法，所述观测方法包括以下步骤：

S1：采用CCD相机按照预先设置第一曝光时长和第二曝光时长交替采集(2n+1)帧指定区域的包括空间碎片和背景恒星的图像，其中，采用第一曝光时长采集奇数帧图像，采用第二曝光时长采集偶数帧图像，第一曝光时长小于第二曝光时长；所述n为大于等于3的正整数；

S2：对图像背景进行估计；

S3：根据图像背景的估计结果，对每帧图像进行全帧扫描，计算得到每帧图像上所有星像的二维平面坐标(x,y)，其中，设图像的左上角为坐标原点(0，0)，图像右侧为x轴增加方向，图像下侧为y轴增加方向，x为图像中星象所在位置在x轴方向上与坐标原点的距离，y为图像中星象所在位置在y轴方向上与坐标原点的距离；

S4：结合奇数帧图像上所有星象的二维平面坐标(x,y)，计算得到(n+1)个奇数帧底片常数模型系数；

S5：基于连续奇数帧图像，根据预设的检测方法以检测得到所有奇数帧图像所包含的低中高轨道空间碎片；