一种基于可见光谱的空间碎片姿态分析方法

摘要

一种基于可见光谱的空间碎片姿态分析方法，包括如下步骤：步骤1，空间碎片光谱数据采集，记为观测谱；步骤2，光谱数据预处理；步骤3，建立空间碎片的三维模型，确定各面元的法线方向及材料谱；步骤4，利用在轨测量，确定空间碎片质心到测站的方向矢量和空间碎片质心到太阳的方向矢量；步骤5，记空间碎片的偏航角、俯仰角、滚动角，计算旋转矩阵R；步骤6，计算在本体参考系下的空间碎片指向测站的方向矢量和空间碎片指向太阳的方向矢量；步骤7，由朗伯散射模型计算预测谱；步骤8，计算预测谱与观测谱之差的欧氏范数(残余)作为姿态指向判别度量；步骤9，估计目标指向，以最小残余所对应的偏航角、俯仰角、滚动角作为空间碎片姿态的空间指向。本发明有效适用于深空环境、准确性更高。

主权项

一种基于可见光谱的空间碎片姿态分析方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1，空间碎片光谱数据采集：利用光谱仪，采集空间碎片光谱数据，记为观测谱Y_test；步骤2，光谱数据预处理：进行去噪处理；步骤3，建立空间碎片的3维模型，确定各面元的法线方向及材料谱；步骤4，利用在轨测量，确定空间碎片质心到测站的方向矢量o^*和空间碎片质心到太阳的方向矢量s^*；步骤5，记空间碎片的偏航角Yaw、俯仰角Pitch、滚动角Roll，计算旋转矩阵R，有：R＝R_x(Roll)*R_y(Pitch)R_z(Yaw)其中：$R_x\left(Roll\right)=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \left(Roll\right)& -\sin \left(Roll\right)\\ 0& \sin \left(Roll\right)& \cos \left(Roll\right)\end{array}\right],R_y\left(Pitch\right)=\left[\begin{array}{ccc}\cos \left(Pitch\right)& 0& \sin \left(Pitch\right)\\ 0& 1& 0\\ -\sin \left(Pitch\right)& 0& \cos \left(Pitch\right)\end{array}\right]$$R_z\left(Yaw\right)=\left[\begin{array}{ccc}cos\left(Yaw\right)& -sin\left(Yaw\right)& 0\\ sin\left(Yaw\right)& \cos \left(Yaw\right)& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$步骤6，计算在本体参考系下的空间碎片指向测站的方向矢量o和空间碎片指向太阳的方向矢量s$\left\{\begin{array}{c}s=R*s^{*}\\ o=R*o^{*}\end{array}\right.$步骤7，由朗伯散射模型计算预测谱：$Y_{pred}=A*\left[\begin{array}{c}{a}_1<n_1,o><n_1,s>\\ .\\ .\\ .\\ a_k<n_k,o><n_k,s>\end{array}\right]$其中，A为k个材料谱所组成矩阵，a_i表示第i面元的面积，n_i表示第i面元的法线矢量，其中，点积运算符<·,·>还要求满足，对任意实数y∈R，y表示由点积运算结果值：$<y>=\left\{\begin{array}{cc}y& y>0\\ 0& y\le 0\end{array}\right.$步骤8，计算预测谱Y_pred与观测谱Y_test之差的欧氏范数(残余)作为姿态指向判别度量，记残余：残余＝||Y_pred‑Y_test||₂步骤9，估计空间碎片指向，以最小残余所对应的偏航角Yaw、俯仰角Pitch、滚动角Roll作为空间碎片姿态的空间指向。