專利名稱：星載太陽觀察盲區(qū)目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間目標(biāo)的探測、跟蹤技術(shù)，具體是指一種太陽觀察盲區(qū)目標(biāo) 探測跟蹤相機(jī)，它可以安裝在衛(wèi)星上對位于太陽觀察盲區(qū)的目標(biāo)進(jìn)行觀察和跟
蹤o
背景技術(shù)：
目前，在空間遙感衛(wèi)星的探測領(lǐng)域，常規(guī)的遙感相機(jī)面對太陽時，由于 太陽亮度超過了相機(jī)的動態(tài)范圍，絕大多數(shù)相機(jī)面對太陽將被"致盲"，對于大 口徑觀測相機(jī)，長時間面對太陽，甚至?xí)φ麄€成像系統(tǒng)造成永久性損傷。因 此，無論是空間遙感衛(wèi)星的觀測相機(jī)還是機(jī)載的跟蹤設(shè)備，在面對太陽方向都 存在一個空間立體角的盲區(qū)。
從美國專利US 5,093,574可知，通過將探測波段設(shè)在大氣吸收窗口而應(yīng)用 于軍事領(lǐng)域的紫外探測技術(shù)，及雙陣列探測方法，只能用在大氣層以內(nèi)對3 — 6 km之內(nèi)的軍事目標(biāo)進(jìn)行探測，而且只能探測到特定目標(biāo)的輻射特征，在目標(biāo)熄 火之后無法準(zhǔn)確探測。而美國專利US 5,710,423針對地基攔截器(GBI)系統(tǒng)存 在的太陽方向的探測盲區(qū)，也提出了一個切實(shí)有效的方法，采用兩個殺傷器在 大氣層外避開太陽對目標(biāo)進(jìn)行探測。可以看出這種方法增加了一個殺傷器的消 耗。
現(xiàn)有太陽觀察盲區(qū)目標(biāo)探測技術(shù)一般采用躲避太陽的方法來對目標(biāo)進(jìn)行觀 測，在使用上存在一定局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種星載的太陽觀察盲區(qū)目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)，解決對位于太陽盲區(qū)目標(biāo)的探測和跟蹤的技術(shù)問題。
本發(fā)明星載太陽觀察盲區(qū)目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)結(jié)構(gòu)如附圖1所示，它由衰減濾
光片1、光學(xué)系統(tǒng)2、探測器3和數(shù)據(jù)處理電路4組成，來自物方的光線依次經(jīng) 過衰減濾光片1、光學(xué)系統(tǒng)2成像在探測器3上。衰減濾光片1用來調(diào)整進(jìn)入 相機(jī)光線的強(qiáng)度，保證太陽光及太陽黑子在相機(jī)上像的能量不會對探測器3造 成破壞，且所成的像為飽和的亮背景；光學(xué)系統(tǒng)2采用雙高斯望遠(yuǎn)物鏡系統(tǒng)， 為獲得更高的目標(biāo)背景對比度，其工作波段設(shè)置在近紅外波段；探測器3采用 CM0S探測器，其動態(tài)范圍的設(shè)置如附圖2所示，探測器3將太陽、太陽黑子圖 像亮度設(shè)計(jì)在相機(jī)動態(tài)范圍以外，將觀測目標(biāo)亮度設(shè)計(jì)在小于相機(jī)飽和值范圍 內(nèi)，這樣，太陽和黑子所成的像為飽和的亮背景，而目標(biāo)像為具有一定灰度值 的像，從而避免太陽黑子對目標(biāo)識別的影響；數(shù)據(jù)處理電路4除對探測器輸出 的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)處理外，還將常規(guī)處理獲得的的亮背景下的灰度目標(biāo)圖像 進(jìn)行反相處理，使其轉(zhuǎn)化為黑背景下的亮目標(biāo)圖像，從而使后續(xù)的目標(biāo)跟蹤系 統(tǒng)中的圖像處理系統(tǒng)對圖像進(jìn)行重心算法可獲取更高的目標(biāo)定位精度。
本發(fā)明太陽觀察盲區(qū)目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)與太陽敏感器、二維跟蹤器配合構(gòu) 成完整的目標(biāo)探測跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)構(gòu)成如附圖3所示，它包括太陽敏感器、 目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)、二維跟蹤器和圖像處理系統(tǒng)，太陽敏感器和目標(biāo)跟蹤相機(jī) 都安裝在二維跟蹤器上且保持光軸的方向相同。太陽敏感器保證系統(tǒng)的目標(biāo)跟 蹤相機(jī)指向太陽方位發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并進(jìn)行成像，圖像處理系統(tǒng)通過多幀處理的方法 確定目標(biāo)的位置和運(yùn)動軌跡，并且根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動的軌跡編譯一個跟蹤程序，指 示二維跟蹤器對目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)探測和跟蹤。系統(tǒng)目標(biāo)探測跟蹤具體工作過程如 下首先通過大視場太陽敏感器對太陽進(jìn)行捕獲，然后將捕獲到的太陽位置信 息通過RS422接口發(fā)送給二維跟蹤器對太陽進(jìn)行指向，目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)在太 陽敏感器的指向下，對準(zhǔn)位于太陽盲區(qū)位置的目標(biāo)并對目標(biāo)進(jìn)行捕獲，通過目 標(biāo)跟蹤相機(jī)的星載圖像處理系統(tǒng)計(jì)算出跟蹤目標(biāo)的方位信息，該方位信息一方 面發(fā)送至二維跟蹤器，指示二維跟蹤器對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，另一方面將數(shù)據(jù)發(fā)送
給星務(wù)系統(tǒng)下傳地面指揮系統(tǒng)；同時目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)還可以根據(jù)指令將圖像 數(shù)據(jù)下傳地面，供地面人員詳細(xì)分析。
本發(fā)明提供一種以強(qiáng)日光為成像背景，利用目標(biāo)對太陽的遮擋進(jìn)行成像的 目標(biāo)探測跟蹤系統(tǒng)，它具有在空間環(huán)境下對太陽方向飛臨目標(biāo)進(jìn)行探測、發(fā)現(xiàn) 和跟蹤能力。它具有所成的像清晰，探測距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，可以填補(bǔ)常規(guī)空間監(jiān) 視相機(jī)的觀測盲區(qū)。


圖1為目標(biāo)探測觀測相機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1——衰減濾光片；
2——光學(xué)系統(tǒng)；
3——探測器；
4——數(shù)據(jù)處理電路。
圖2為目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)動態(tài)范圍設(shè)置示意圖。 圖3為星載太陽盲區(qū)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)構(gòu)成框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明 根據(jù)附圖1星載太陽觀察盲區(qū)目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)構(gòu)成框圖，我們構(gòu)建了一 臺對太陽盲區(qū)目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)。相機(jī)各部件的設(shè)計(jì)具體敘述如下
衰減濾光片1——衰減濾光片1采用1/2000光學(xué)衰減濾光片，選用1/2000 的光學(xué)濾光片時，配合CMOS探測器曝光時間的選擇，可以保證目標(biāo)信號在目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)的觀測亮度范圍之內(nèi)，而太陽及太陽黑子背景被濾光片衰減后仍 為臨近飽和的背景信號。
光學(xué)系統(tǒng)2——光學(xué)系統(tǒng)2采用雙高斯型望遠(yuǎn)物鏡系統(tǒng)，鏡頭焦距為300mm 為提高目標(biāo)背景對比度光學(xué)系統(tǒng)2的成像波段設(shè)計(jì)在近紅外波段。 探測器3——探測器3采用CMOS探測器，像元尺寸3. 7um。 上述目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)可以對500公里外的10米大小物體在像平面上成2 x2像元數(shù)的像。
為了避免使太陽黑子與觀測目標(biāo)混淆不能區(qū)分，本目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)通過標(biāo) 定使亮度大于等于太陽黑子亮度的目標(biāo)成像為飽和背景，由于觀測目標(biāo)亮度遠(yuǎn) 小于太陽黑子，這樣可以在亮背景下襯托出觀測目標(biāo)。
上述工作是通過調(diào)整探測器3的動態(tài)范圍來實(shí)現(xiàn)的，探測跟蹤相機(jī)探測器 3的動態(tài)范圍的設(shè)置使太陽及太陽黑子的亮度在相機(jī)動態(tài)范圍以外，使觀測目 標(biāo)亮度小于相機(jī)飽和值，從而避免太陽黑子對目標(biāo)識別的影響。數(shù)據(jù)處理電路 4對探測器3輸出的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)接受處理后將圖像進(jìn)行反相，使圖像轉(zhuǎn) 化為黑背景下的亮目標(biāo)圖像。后續(xù)的圖像處理系統(tǒng)對這種圖像進(jìn)行重心算法可 獲取更高的目標(biāo)定位精度，并通過多幀處理的方法確定目標(biāo)的位置和運(yùn)動軌跡， 并且根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動的軌跡編譯一個跟蹤程序，跟蹤目標(biāo)的運(yùn)動。
權(quán)利要求
1.一種太陽觀察盲區(qū)目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)，它由光學(xué)系統(tǒng)(2)、探測器(3)和數(shù)據(jù)處理電路(4)構(gòu)成，其特征在于在光學(xué)系統(tǒng)(2)前端，它還有一個防止太陽光及太陽黑子使探測器(3)致盲的衰減濾光片(1)，來自物方的光線依次經(jīng)過衰減濾光片(1)、光學(xué)系統(tǒng)(2)成像在探測器(3)上，經(jīng)數(shù)據(jù)處理電路(4)處理后輸出圖像數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽觀察盲區(qū)目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)，其特征在 于所說的光學(xué)系統(tǒng)(2)是一個雙高斯型近紅外望遠(yuǎn)物鏡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種太陽觀察盲區(qū)目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)，其特征在 于所說的探測器(3)是CM0S探測器，其動態(tài)范圍設(shè)置為太陽、太陽黑子 圖像亮度在相機(jī)動態(tài)范圍以外的飽和區(qū)，觀測目標(biāo)亮度在小于相機(jī)動態(tài)飽和值 的范圍內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽觀察盲區(qū)目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)，其特征在于所說的數(shù)據(jù)處理電路(4)除對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)處理外，還對圖像進(jìn)行反相處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽觀察盲區(qū)目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)，它可以安裝在衛(wèi)星上對位于太陽觀察盲區(qū)的目標(biāo)進(jìn)行觀察和跟蹤。相機(jī)由衰減濾光片、光學(xué)系統(tǒng)、探測器和數(shù)據(jù)處理電路組成，來自物方的光線依次經(jīng)過衰減濾光片、光學(xué)系統(tǒng)成像在探測器上。衰減濾光片用來調(diào)整進(jìn)入相機(jī)光線的強(qiáng)度；光學(xué)系統(tǒng)采用雙高斯近紅外望遠(yuǎn)物鏡系統(tǒng)；探測器采用CMOS探測器，其動態(tài)范圍設(shè)計(jì)為將太陽、太陽黑子圖像亮度設(shè)計(jì)在相機(jī)動態(tài)范圍以外，將觀測目標(biāo)亮度設(shè)計(jì)在小于相機(jī)飽和值范圍內(nèi)；數(shù)據(jù)處理電路對探測器輸出圖像進(jìn)行反相處理，使系統(tǒng)獲取更高的目標(biāo)定位精度。本發(fā)明太陽觀察盲區(qū)目標(biāo)探測跟蹤相機(jī)與太陽敏感器、二維跟蹤器和圖像處理系統(tǒng)一起構(gòu)成完整的目標(biāo)探測跟蹤系統(tǒng)。
文檔編號G01S7/481GK101173984SQ20071017072
公開日2008年5月7日 申請日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者孫勝利, 方中華, 楊朝霞, 陳凡勝, 陳桂林 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所