● 摘要
在现代空间应用环境中，由于空间碎片数目迅速增加，给航天飞行器造成了极大的安全隐患。空间碎片监视系统作为一种有效的解决方案，实时监测空间碎片的运动状态，保障飞行器的飞行安全。作为空间碎片监视系统的关键技术，本文针对星空背景下弱小目标的检测技术与跟踪技术进行了深入研究。首先，本文详细描述了星空背景与空间碎片的成像特点和运动特征，并以此为基础采用了基于背景预测的算法进行图像预处理。仿真实验结果表明，该算法能够很好的去除星空背景中的大气临边背景，并且能够很好的保留恒星背景以及空间碎片的弱小目标特征，为目标的检测与跟踪奠定了基础。其次，研究与仿真验证了空间碎片的检测算法。提出了基于矢量距离空间的图像配准算法，利用恒星点之间相对距离对于图像整体平移以及旋转变换的不变性，提取恒星点之间的矢量距离信息，组成特征向量，进行图像的配准，再结合恒星点与空间碎片目标运动特征的不同，进行目标的检测。 经过实验结果分析，该算法较好的完成了星空背景的配准，通过与目标的运动特点相结合，很好的实现了对星空背景下弱小目标的检测。然后，研究与仿真验证了空间碎片的跟踪算法。本文分析了基于卡尔曼滤波的轨迹预测算法以及基于轨迹链的目标跟踪算法，在此基础上提出了将上述两种算法相结合的跟踪算法，通过仿真序列图像实验证明，本文的跟踪算法在星空背景弱小目标跟踪方面有很好的效果，且对存在恒星背景交叉遮挡的目标跟踪具有一定的适用性。最后，针对图像处理的运算量大和要求实时性等特点，本文设计实现了基于FPGA和DSP的高速实时图像处理硬件平台。该平台已经成功的应用于弱小目标检测跟踪系统中。