本发明属于引导跟踪领域，具体地，涉及一种卫星对非合作动目标的引导跟踪方法及系统。尤其是一种卫星对非合作高速动目标的引导跟踪方法及系统。
背景技术：
1、高速动目标具有较高观测价值，但是通过卫星手段对其进行高空间、高光谱分辨率的成像具有较大的难度，原因是高空间、高光谱分辨率的空间相机视场较小，非合作的运动目标在固定时刻出现在视场内的概率极低，另外，对于传统的凝视及推扫成像模式，目标的运动使得相机在曝光时间内难以积累足够的能量，造成图像模糊。
2、对于卫星对非合作动目标的引导跟踪方法，大部分专利为地基雷达对空中目标跟踪相关算法和方法，而通过卫星对空中目标的跟踪相关研究主要集中在探测设备、检测算法及定位配准算法方面。专利文献《一种深度学习的空中目标跟踪方法》(cn10762507a)提出了一种基于深度学习算法的目标轨迹预测方法，但没有公开可操作的引导跟踪流程；专利文献《一种空中背景下的红外弱小目标检测方法》(cn108986130a)涉及一种对云层杂波干扰进行抑制的目标检测算法，但没有公开对卫星多系统配合实现引导跟踪的流程及方法；专利文献《一种基于单矢量传感器的空中目标定位方法》(cn107515390a)提供的是一种基于单矢量传感器的空中目标定位方法，主要解决卫星相对地面的移动引起固定背景像移的问题，不涉及引导跟踪流程。
3、专利文献《一种实时的空中目标运动模式识别及参数估计方法》(cn108519587a)公开的是，在地面通过对上报的空中目标的位置点序列进行插值和滤波平滑处理得到平滑的运动航迹，利用计算得到的航向角度信息结合高度信息，判断空中目标在空间上的运动模式。现有公开信息均没有涉及利用卫星对空中运动目标的详细引导跟踪方法。
4、本发明通过三个步骤，实现对非合作目标进行广域搜索发现、引导及跟踪，能够实现卫星对地面或空中运行的动目标的持续跟踪成像，卫星通过姿态机动使视轴持续指向目标，目标相对于成像像面静止或者移动速度小，同时能够获取多角度或者类视频影像，可保证对快速运动目标的高质量成像，实现低轨光学卫星对运动目标持续进行高分辨率成像。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星对非合作动目标的引导跟踪方法及系统。
2、根据本发明提供的一种卫星对非合作动目标的引导跟踪方法，具体包括以下步骤：
3、步骤s1：令搜索相机对热点区域定点凝视探测成像，获得搜索相机数据；
4、令信息处理机接收搜索相机数据进行目标检测，获取高确定度目标；
5、步骤s2：令信息处理机输出高确定度目标后，计算目标位置，根据目标位置发送引导指令至姿态控制系统；
6、令姿态控制系统根据引导指令预测目标位置并机动，使卫星+z轴指向目标；令成像相机开机成像；
7、步骤s3：目标重捕获，完成捕获后向姿态控制系统发送跟踪引导信息；
8、令姿态控制系统进入跟踪模式，保持成像相机视轴指向目标位置，信息处理机持续发送跟踪引导信息。
9、优选地，所述步骤s1中：
10、卫星按照地面指令进入成像任务，建立对指定目标区域的凝视姿态，搜索相机收到卫星成像指令后成像，信息处理机接收到成像图像后，自动开始目标检测处理；
11、令搜索相机和信息处理机联合完成目标搜索成像，搜索相机采用高帧频面阵成像体制，将图像发送至信息处理机进行目标检测，信息处理机控制搜索相机进行凝视成像，四宫格拼幅或九宫格拼幅成像；
12、搜索相机视场内有目标时，信息处理机向姿态控制系统发送跟踪引导信息，接收姿态控制系统反馈的整星机动状态信息，整星开始机动指向目标后，信息处理机向搜索相机发送摆镜归零指令；
13、目标搜索成像的信息处理包括疑似目标搜索和目标确认，识别出像面上的目标点进行轨迹关联、筛除虚警点，根据空中运动目标的运动特性完成确认；
14、步骤s2中：
15、引导信息由引导信息类型、目标在像面的坐标、精确时标及引导信息的有效标志组成，令引导信息按照搜索相机成像的帧频发送；
16、令姿态控制系统接收到引导信息后进行缓存，累积引导信息形成目标轨迹链进行拟合外推，机动指向预测的目标位置；
17、步骤s3中：
18、令姿态控制系统稳定时，姿态控制系统通过总线更新整星机动状态信息，姿态指向目标过程中搜索相机不成像，判断到姿态机动到位时，根据姿态预测指向的误差大小选择检测窗口的大小，在开窗区域进行目标检测，进行重捕获，成像相机开机成像；
19、令信息处理机将重捕获后的跟踪信息发送至姿态控制系统；
20、令卫星在跟踪动目标过程中，持续成像和检测，引导信息输出不中断，姿态控制系统更新目标轨迹链；
21、引导信息中断，姿态控制系统根据预测的轨迹继续进行跟踪；
22、重新出现引导信息后：
23、若丢失时间在设定的丢失时间阈值以内，则将以前的引导信息与新的引导信息联合做预测；
24、若丢失时间超过设定的丢失时间阈值，则抛弃以前的引导信息，累积新的引导信息做预测。
25、优选地，所述步骤s1中信息处理机检测目标，搜索相机视场内无目标时，用时5s完成确认，信息处理机发出摆镜驱动指令，控制摆镜完成拼幅成像；
26、所述拼幅成像方式有四宫格或九宫格，拼幅成像中均无目标后，继续按照相同摆镜控制策略循环搜索成像；
27、所述疑似目标搜索包括利用图像背景能量空间分布的相关性抑制背景杂波，保留高对比度目标，基于目标所在局部的背景残差区域设置阈值门限，滤除背景残差，分割得到目标和高于门限的疑似目标；其中，高对比度是指对比度高于设定的阈值；
28、所述目标确认包括利用多帧的疑似目标的时序关联性，结合目标特性先验，计算目标确定度，提取高确定度关联点集，剔除非目标过门限点；
29、所述步骤s3中所述重捕获时间小于1s，引导指向误差为0.06°，开窗大小设置为1km×1km；
30、所述更新目标轨迹链包括姿态控制系统收到引导信息后，设定间隔累积5个有效跟踪信息，形成轨迹链，预测目标移动轨迹，以指定角速度跟踪目标；
31、所述指定角速度不大于0.11°/s。
32、优选地，所述步骤s2中所述引导信息进行缓存包括，设定时间累积接收并缓存第一数量个引导信息，姿态控制系统根据有效标志对引导信息的可用性进行判断，针对标准速度以内的目标，按照第一时间间隔取第二数量个有效引导信息组成轨迹链，针对超过标准速度的目标，按照第二时间间隔取第二数量个有效引导信息组成轨迹链；
33、所述步骤s2中令姿态控制系统根据目标的运动累积引导信息，采用二阶多项式拟合目标运动轨迹及速度，预测目标移动轨迹，执行姿态机动策略，使卫星+z轴指向预测的目标位置，姿态控制系统更新总线状态标志，告知信息处理机整星机动状态；
34、对于速度较高的目标，累积三秒的引导数据，从中均匀抽取五拍进行拟合；
35、对于速度较慢的目标，累积五秒的引导数据，从中均匀抽取五拍进行拟合；
36、所述大角度最大为11.52°，机动时间最长为22s。
37、根据本发明提供一种卫星对非合作动目标的引导跟踪系统，具体包括以下模块：
38、搜索相机、信息处理机、姿态控制系统、成像相机；
39、搜索相机对热点区域定点凝视探测成像，获得搜索相机影像数据；
40、信息处理机接收搜索相机数据进行目标检测，获取目标；
41、信息处理机输出目标后，计算目标位置，根据目标位置发送引导信息指令至姿态控制系统；
42、姿态控制系统根据引导信息指令，预测目标位置并机动，使卫星+z轴指向目标；令成像相机开机成像；
43、目标重捕获，完成捕获后向姿态控制系统发送跟踪引导信息；
44、姿态控制系统进入跟踪模式，保持成像相机视轴指向目标位置，信息处理机持续发送跟踪引导信息。
45、优选地，卫星按照地面指令进入成像任务，建立对指定目标区域的凝视姿态，搜索相机收到卫星成像指令后成像，信息处理机接收到成像图像后，自动开始目标检测处理；
46、目标搜索成像由搜索相机和信息处理机联合完成，搜索相机采用高帧频面阵成像体制，将图像发送至信息处理机进行目标检测，信息处理机控制搜索相机进行凝视成像，四宫格拼幅或九宫格拼幅成像；
47、搜索相机视场内有目标时，信息处理机向姿态控制系统发送跟踪引导信息，接收姿态控制系统反馈的整星机动状态信息，整星开始机动指向目标后，信息处理机向搜索相机发送摆镜归零指令；
48、目标搜索成像的信息处理包括疑似目标搜索和目标确认，识别出像面上的目标点进行轨迹关联、筛除虚警点，根据空中运动目标的运动特性完成确认；
49、引导信息由引导信息类型、目标在像面的坐标、精确时标及引导信息的有效标志组成，引导信息按照搜索相机成像的帧频发送；
50、姿态控制系统接收到引导信息后进行缓存，累积引导信息形成目标轨迹链进行拟合外推，机动指向预测的目标位置；
51、姿态控制系统稳定时，姿态控制系统通过总线更新整星机动状态信息，姿态指向目标过程中搜索相机不成像，判断到姿态机动到位时，根据姿态预测指向的误差大小选择检测窗口的大小，在开窗区域进行目标检测，进行重捕获，成像相机开机成像；
52、信息处理机将重捕获后的跟踪信息发送至姿态控制系统；
53、卫星在跟踪动目标过程中，持续成像和检测，引导信息输出不中断，姿态控制系统更新目标轨迹链；
54、引导信息中断，姿态控制系统根据预测的轨迹继续进行跟踪；
55、重新出现引导信息后：
56、若丢失时间在设定的丢失时间阈值以内，则将以前的引导信息与新的引导信息联合做预测；
57、若丢失时间超过设定的丢失时间阈值，则抛弃以前的引导信息，累积新的引导信息做预测。
58、优选地，所述信息处理机检测目标，搜索相机视场内无目标时，用时5s完成确认，信息处理机发出摆镜驱动指令，控制摆镜完成拼幅成像；
59、所述拼幅成像方式有四宫格或九宫格，拼幅成像中均无目标后，继续按照相同摆镜控制策略循环搜索成像；
60、所述疑似目标搜索包括利用图像背景能量空间分布的相关性抑制背景杂波，保留高对比度目标，基于目标所在局部的背景残差区域设置阈值门限，滤除背景残差，分割得到目标和高于门限的疑似目标；其中，高对比度是指对比度高于设定的阈值；
61、所述目标确认包括利用多帧的疑似目标的时序关联性，结合目标特性先验，计算目标确定度，提取高确定度关联点集，剔除非目标过门限点；
62、所述重捕获时间小于1s，引导指向误差为0.06°，开窗大小设置为1km×1km；
63、所述更新目标轨迹链包括姿态控制系统收到引导信息后，设定间隔累积5个有效跟踪信息，形成轨迹链，预测目标移动轨迹，以指定角速度跟踪目标；
64、所述指定角速度不大于0.11°/s。
65、优选地，所述引导信息进行缓存包括，设定时间累积接收并缓存第一数量个引导信息，姿态控制系统根据有效标志对引导信息的可用性进行判断，针对标准速度以内的目标，按照第一时间间隔取第二数量个有效引导信息组成轨迹链，针对超过标准速度的目标，按照第二时间间隔取第二数量个有效引导信息组成轨迹链；
66、所述姿态控制系统根据目标的运动累积引导信息，采用二阶多项式拟合目标运动轨迹及速度，预测目标移动轨迹，执行姿态机动策略，使卫星+z轴指向预测的目标位置，姿态控制系统更新总线状态标志，告知信息处理机整星机动状态；
67、对于速度较高的目标，累积三秒的引导数据，从中均匀抽取五拍进行拟合；
68、对于速度较慢的目标，累积五秒的引导数据，从中均匀抽取五拍进行拟合；
69、所述机动时间最长为22s。
70、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
71、1、本发明能够实现低轨光学卫星对空中运动非合作目标的搜索发现、引导及持续跟踪。
72、2、本发明能够通过姿态机动使视轴持续指向目标，以满足对高价值目标的监视及目标特性获取。
73、3、本发明能够获取多角度或者类视频的高分辨率影像。
1.一种卫星对非合作动目标的引导跟踪方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的卫星对非合作动目标的引导跟踪方法，其特征在于，所述步骤s1中：
3.根据权利要求2所述的卫星对非合作动目标的引导跟踪方法，其特征在于，所述步骤s1中信息处理机检测目标，搜索相机视场内无目标时，用时5s完成确认，信息处理机发出摆镜驱动指令，控制摆镜完成拼幅成像；
4.根据权利要求2所述的卫星对非合作动目标的引导跟踪方法，其特征在于，所述步骤s2中所述引导信息进行缓存包括，设定时间累积接收并缓存第一数量个引导信息，姿态控制系统根据有效标志对引导信息的可用性进行判断，针对标准速度以内的目标，按照第一时间间隔取第二数量个有效引导信息组成轨迹链，针对超过标准速度的目标，按照第二时间间隔取第二数量个有效引导信息组成轨迹链；
5.一种卫星对非合作动目标的引导跟踪系统，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的卫星对非合作动目标的引导跟踪系统，其特征在于，卫星按照地面指令进入成像任务，建立对指定目标区域的凝视姿态，搜索相机收到卫星成像指令后成像，信息处理机接收到成像图像后，自动开始目标检测处理；
7.根据权利要求6所述的卫星对非合作动目标的引导跟踪系统，其特征在于，所述信息处理机检测目标，搜索相机视场内无目标时，用时5s完成确认，信息处理机发出摆镜驱动指令，控制摆镜完成拼幅成像；
8.根据权利要求6所述的卫星对非合作动目标的引导跟踪系统，其特征在于，所述引导信息进行缓存包括，设定时间累积接收并缓存第一数量个引导信息，姿态控制系统根据有效标志对引导信息的可用性进行判断，针对标准速度以内的目标，按照第一时间间隔取第二数量个有效引导信息组成轨迹链，针对超过标准速度的目标，按照第二时间间隔取第二数量个有效引导信息组成轨迹链；
9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的卫星对非合作动目标的引导跟踪方法的步骤。
10.一种卫星，其特征在于，包括权利要求5至8中任一项所述的卫星对非合作动目标的引导跟踪系统，或者权利要求9所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质。
