7、航天领域的目标识别与光谱分析技术

航天领域的目标识别与光谱分析技术

1. 研究背景与重要性

近年来，航天工业蓬勃发展，大量人造卫星在不同轨道运行。然而，许多航天器在执行任务时未能正确进入特定轨道或在轨道上失效、报废。由于地球同步轨道资源有限，这些失效卫星虽已无法正常工作，但仍占据着宝贵的轨道位置。因此，为这些失效（非合作）卫星提供在轨服务，如加油、组件升级或防止脱轨等，具有重要意义。

在轨服务技术应用广泛，包括对在轨航天器进行维修、升级、加油和重新定轨等操作。其中，系绳空间机器人（TSR）系统作为一种新型空间机器人，利用空间系绳克服了一些传统方法的缺点，有助于捕获非合作目标（NCT）。NCT 指的是没有通信响应设备或主动识别传感器的空间目标，其他航天器无法通过通信信号反馈来识别和定位。其具有以下特点：
- 没有安装用于捕获对接的特殊接口；
- 没有合适的反射器或传感器用于测量；
- 目标卫星的运动无法控制。

在缺乏合作信息的情况下，充分利用 NCT 在照片上的自然结构特征和周围特征来识别目标航天器，是空间 NCT 在轨服务的关键技术。与微波雷达、激光雷达等传感器相比，视觉导航系统具有高精度、低功耗、低成本等优点，已成为短距离空间任务的主要检测方法。

2. 目标识别方法

目标识别主要有基于模板和基于特征的两种方法，本文重点研究这两种方法。

2.1 基于形状特征的识别

由于人造目标的关键结构大多由立方体和圆柱形模块组成，因此可以考虑基于光学传感器成像的简单形状特征来识别这些目标。NCT 上的常见模块，如螺栓、对接环、远地点火箭发动机喷口、太阳能电池板跨度等，通常用于操作机器人的感兴趣区域（ROI）。一