《基於NTF和HHT的空間碎片天基高光譜探測與識別方法》是依託哈爾濱工業大學，由張淼擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於NTF和HHT的空間碎片天基高光譜探測與識別方法
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張淼
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
空間碎片的存在嚴重威脅著在軌太空飛行器的安全，其中難以通過地基觀測的中型碎片無疑更為危險。本項目旨在對軌道上的中型碎片進行天基探測，並對其物質組成進行分類識別。為了實現準確度高、漏檢率低的空間碎片探測方法，用高光譜成像儀而非可見光相機作為遙感元件，進而提出兩種新的探測方法：利用單一物質成分碎片所具有的特定光譜信息，結合非負張量分解(NTF)及相關分析技術進行探測；利用多物質成分碎片發生旋轉所產生的光譜信息變化，結合希爾伯特-黃變換(HHT)分析光譜序列的周期特徵來進行探測。此外，根據已探明空間碎片的高光譜數據，利用基於波段加權核的支持向量機進行物質組成分類，收集空間碎片識別信息以備編目之用。本項目藉助高光譜數據擴展了以往的探測、識別手段，並針對高光譜數據量大、維數高、冗餘信息多的特點引入NTF、HHT 等算法，兼有數據壓縮、自適應特徵提取等優勢，以期推動空間碎片的探測與識別向更高水平邁進。
結題摘要
【背景】 隨著成像光譜儀自身技術的不斷疊代，小型化、高成像速度、高線掃解析度的機載高光譜成像儀必將獲得更多的推廣套用。本項目旨在利用機載高光譜成像儀對軌道上的危險空間碎片進行天基探測，並依據其物質組成進行分類識別。 【主要研究內容】 1、研究用於高光譜成像儀所拍攝微小目標高準確度探測、高精度分類的預處理技術、聚類技術、降維技術以及特徵提取技術； 2、研究單次採樣時利用空間碎片特定光譜信息的探測方法；研究連續採樣時利用空間碎片因旋轉而產生光譜信息變化的探測方法； 3、研究空間碎片探測方法的有效性，建立空間碎片的綜合探測決策機制；研究利用探測到的空間碎片高光譜數據，實現對空間碎片光譜成分進行解譯的分類識別方法。 【重要結果】 為了實現準確度高、漏檢率低的空間碎片探測方法，用高光譜成像儀而非可見光相機作為遙感元件，進而提出兩種新的探測方法： 其一，利用單一物質成分碎片所具有的特定光譜信息，結合非負矩陣分解、流行學習等降維、以及卷積核等技術進行探測； 其二，利用多物質成分碎片發生旋轉所產生的光譜信息變化，結合希爾伯特-黃變換、超像素圖像分割分析光譜序列的周期特徵來進行探測。 此外，根據高光譜數據先驗分類信息，使用Chernoff距離、Jeffries-Matusita距離、互信息、線性相關信息熵等可分性度量技術，利用基於波段加權核的支持向量機進行物質組成分類，可用於空間碎片識別以及信息編目。 【關鍵數據】 我們以天基空間碎片探測為切入點，在追求高光譜探測的高準確性與分類任務的高精確性方面，以及由此延伸出來的特徵提取及降維預處理方面，都作出了較大的貢獻。累計發表期刊文獻6篇（SCI檢索5篇，EI檢索6篇），會議論文10篇（EI檢索10篇），申報發明專利10項，獲授權發明專利6項，在本基金資助下完成與本項目密切相關的博士學位論文1本，碩士學位論文2本。 【科學意義】 項目成果為空間碎片的探測問題提供了新思路、新方法，也為空間飛行器自身的安全避障提供了臨近碎片信息；此外，還能夠服務於基於高光譜成像儀的目標探測及模式分類任務，尤其適合於編隊飛行中區分合作與非合作目標、機載反隱身探測等套用場合，對於促進高光譜成像儀在保有小型化的前提下不斷實現技術疊代有很大推動作用。
