空间目标的光谱特性仿真及识别

摘要

随着各航天大国研究空间目标光谱成像特性以及以此为基础进行空间探测的技术日趋成熟，为满足空间机动平台的攻防应用需求，需要对空间目标特性进行分析和研究。由于航天实验费用昂贵，不可能对空间目标成像图都进行实时拍摄，因此根据实验室现有条件，利用计算机模拟生成空间目标和空间背景仿真图并对实验图片进行目标检测识别十分有必要。
　　 本文主要研究了空间目标光谱特性仿真及识别过程中需要考虑的几大问题，包括空间背景特性分析、空间目标特性分析、目标检测与识别算法设计。首先介绍了空间背景仿真原理，分星空背景和地背景两种情况考虑。讲述了可见光和紫外参考星表的制备流程，简要说明了星图仿真原理，模拟生成了可见光和紫外星图。同时，对地球背景仿真进行了初步研究，提出一种生成星空与地球背景相结合的背景仿真图的方法，给出了实验结果。接着，详细阐述了空间目标成像仿真原理及步骤，包括目标三维几何建模、目标表面材质属性、构建目标可见光和紫外光照模型，并介绍光线跟踪算法，依据理论分析，模拟生成了目标仿真图。然后根据不同参数条件设计仿真实验，结合图片探讨分析了光照方向、相机光轴指向、视场角大小、成像分辨率、探测距离这几个参数对目标仿真图的影响。实验结果表明，该模型不仅同真实空间目标光谱成像系统比较符合，而且能很好地表征光谱成像系统的关键参数对成像图效果的影响。最后，对背景仿真图添加高斯噪声和空间碎片，并将之与目标仿真图相叠加，设计相应算法对空间目标进行检测识别，理论分析和仿真实验结果表明，所采取方案是可行的。