面向天基光学探测的低信噪比空间多目标在轨检测方法研究

低信噪比条件下空间目标在轨检测方法一直是困扰和制约光学探测实用性能的瓶颈理论问题而亟待解决，以往研究主要在地基和空基光学方面的低信噪比空间目标检测。本申请拟针对天基光学观测的时间序列数据，融合美国SBV相机在轨检测方法与先跟踪后检测方法中的一些算法精髓（如最大值投影方法、基于投影变换和三维搜索方法及基于概率统计的自适应算法等），提出一种基于概率统计与二维多条痕自适应搜索相结合的低信噪比空间多目标检测方法，用于天基光学远距离空间多目标的在轨检测，并且新的检测方法相对于美国SBV相机在轨检测方法将在在算法计算量与检测性能上有较大改进。具体包括：1）空间目标与背景的特性分析建模，仿真生成时间序列数据；2）基于投影变换的方法，研究新的背景杂波抑制方法；3）基于概率统计的方法，对探测噪声进行抑制，来达到增强信噪比的目的；4）研究二维多条痕自适应搜索算法，剔除图像中剩余可疑目标条痕；5）数值仿真验证。

低信噪比条件下空间目标在轨检测方法一直是困扰和制约光学探测实用性能的瓶颈理论问题而亟待解决，以往研究主要在地基和空基光学方面的低信噪比空间目标检测。本项目针对天基光学观测的时间序列数据，融合美国SBV 相机在轨检测方法与先跟踪后检测方法中的一些算法精髓（如最大值投影方法、基于投影变换和三维搜索方法及基于概率统计的自适应算法等），提出一种基于概率统计与二维多条痕自适应搜索相结合的低信噪比空间多目标检测方法，用于天基光学远距离空间多目标的在轨检测，并且新的检测方法相对于美国SBV 相机在轨检测方法将在在算法计算量与检测性能上有较大改进。具体包括：1）通过对空间目标与背景的特性分析建模，得到了天基光学探测图像仿真方法，可仿真生成不同观测条件下包涵各种空间目标的天基光学探测时间序列数据；2）基于投影变换的方法，研究了新的背景杂波抑制方法，该方法可以在保留目标信号情况下消除了恒星背景的干扰；3）提出一种基于概率统计的探测噪声抑制信噪比增强方法，对噪声进行了抑制消除，达到了提高检测率和降低虚警率的双重目的。噪声抑制后，图像中只剩余极少量噪声点，但是还剩余足够的目标点可用于目标条痕的搜索检测；4）提出一种二维多条痕自适应搜索算法，对噪声抑制后的图像进行二维多条痕自适应，剔除图像中非目标条痕，实现了多目标条痕的检测。通过这一算法，在检测概率基本不变的同时，使得虚警概率减低了近20倍；5）数值仿真验证。数值仿真结果表明提出的空间多目标检测方法平均用时0.012秒，实现了实时检测。