基於成像光譜技術的空間目標識別研究

《基於成像光譜技術的空間目標識別研究》是依託北京航空航天大學，由李慶波擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於成像光譜技術的空間目標識別研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：李慶波
• 項目類別：面上項目

項目摘要

空間目標識別對於保障航天安全和國家安全意義重大。隨著地基觀測設備的發展，成像光譜技術成為空間目標識別的新興手段和發展趨勢，國內在此領域的研究剛剛起步。本項目擬採用成像光譜技術，從光譜維信息分析入手，針對地基空間目標光譜識別方法開展深入研究：①分析觀測距離、環境溫度、目標姿態、相位角對空間目標光譜的影響，建立光譜特性理論仿真模型和實驗方法，並搭建模擬實驗平台；②研究空間目標光譜微弱信息提取方法，提出有效的光譜降噪、基線校正、特徵提取方法，消除非目標因素對光譜的干擾，提高光譜信噪比；③針對空間目標多像元成像的情況，提出混合像元高精度解混方法，確定空間目標表面材料的類別和組成比例，實現多判據識別，提高識別精度和可靠性；④針對空間目標單像元成像的情況，研究基於光譜的模式識別方法，解決圖像方法無法識別的難題，並運用大數據多層次特徵挖掘方法，實現精細目標識別。本項目將會促進我國空間目標識別技術的發展。

結題摘要

隨著各個國家航天事業的發展，越來越多的空間人造目標湧入太空。空間目標識別已成為各航天大國面臨的重要任務。成像光譜技術具有“圖譜合一”的特點，通過豐富的光譜信息可以分析出目標材料的性質和組成，實現空間目標的多判據和冗餘識別，提高目標識別的準確率和可靠性。更為重要的是，當目標為點目標時，或者空間目標的軌道、形狀特性接近時，基於圖像方法和時序測光方法都難於進行識別，藉助於光譜信息，則可以在不了解空間目標其他特徵（如幾何、軌道信息）的條件下獨立完成目標識別，具有不可比擬的優勢。本項目採用成像光譜技術，針對地基空間目標光譜識別方法開展了深入研究：（1）基於空間目標的光照條件與探測條件，選擇Davies模型建立目標的背景輻射的模型，完成了目標在可見光波段範圍內的光學漫反射仿真實驗；並且對空間目標材料光譜特性和影響機理進行研究，提出了一種基於泰勒展開式的非線性校正算法用於對不同測量條件下的光譜進行校正；在實驗室內搭建了目標光譜特性研究仿真實驗測量平台。（2）針對空間目標光譜信息微弱的問題，提出了一種有效的特徵提取算法去除冗餘信息並完整地保留光譜中的特徵信息，使光譜特徵更明顯，能提高后續算法的分類精度；同時也改進了高光譜匹配方法，降低非目標因素對光譜的干擾，提高了光譜相似度匹配的有效性。（3）針對空間目標多像元成像的情況，在端元個數估計、端元提取及豐度估計三個方面進行研究，分別針對線性光譜模型和非線性光譜模型提出混合像元高精度解混方法，同時也提出了與空間信息相結合的混合像元光譜解混方法。（4）針對空間點目標成像的識別問題，提出了一種基於頻域信息的自適應權重局部超平面算法（AWHFI），該算法利用了傅立葉高頻域中包含的微弱信息來進行精細目標識別，解決單像元圖像方法無法識別的難題。該算法套用於地基實際觀測空間目標光譜數據中，取得了較好的研究效果。本項目的研究將會促進空間目標光譜信息識別技術的進一步發展。