本發(fā)明涉及的是一種衛(wèi)星控制領域的技術，具體是一種空間非合作目標的相對運動軌跡分類方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、空間非合作目標與己方航天器的相對運動滿足軌道動力學的約束，在不考慮軌道攝動和大氣的干擾，假設空間非合作目標和己方航天器的軌道均為圓軌道，則空間非合作目標與己方航天器的相對運動滿足軌道動力學相對運動方程的解?，F(xiàn)有空間目標軌跡分類技術的缺陷和不足在于：無法準確分類空間非合作目標與己方航天器相對運動的具體形式，對于復雜的相對運動軌跡無法進行自適應分段和分類處理。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術不能滿足己方航天器對空間非合作目標的相對運動的態(tài)勢感知和分類的問題以及現(xiàn)有軌跡處理技術無法確定跟蹤目標具體相對運動類型或無法對復雜軌跡進行分段分類處理的不足，提出一種空間非合作目標的相對運動軌跡分類方法及系統(tǒng)，基于相對運動方程的解對空間非合作目標軌跡進行識別和分類，滿足空間復雜環(huán)境下，己方航天器對感興趣區(qū)域(roi)內(nèi)的空間非合作目標的態(tài)勢感知的需求，完成空間非合作目標對己方航天器繞飛、斡旋、抵近、遠離、懸停五種運動態(tài)勢的感知。

2、本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明涉及一種空間非合作目標的相對運動軌跡分類方法，包括：

4、步驟1、軌跡預處理：根據(jù)用戶輸入的探測距離(dr)劃定roi區(qū)域并提取roi區(qū)域內(nèi)的軌跡，計算空間非合作目標在x-y平面上相對運動軌跡上每一點的相對距離rdxy后進行歸一化處理。

5、所述的roi區(qū)域范圍滿足：

6、所述的相對距離

7、所述的歸一化處理是指：其中：rdnar(x，y)為rdxy(x,y)歸一化后相對距離，max(rdxy)為rdxy(x,y)中最大值，min(rdxy)為rdxy(x,y)中最小值。

8、步驟2、軌跡分段：

9、2.1對相對距離rdnar(x，y)進行一階求導得到極小值點位置集合assmin和極大值點位置集合assmax；

10、2.2對極小值點和極大值點進行判斷，確定軌跡分段點集合assseg，具體包括：

11、2.2.1遍歷極小值點，若當前極小值點mincurrent與上一個極小值點mincurrent-1滿足|mincurrent-mincurrent-1|＞1，則將當前極小值點mincurrent位置idxmincurrent添加到軌跡分段點集合assseg

12、2.2.2遍歷極大值點，若當前極大值點maxcurrent與上一個極大值點maxcurrent-1滿足|maxcurrent-maxcurrent-1|>1，則將當前極大值點maxcurrent位置idxmaxcurrent添加到軌跡分段點集合assseg

13、2.3根據(jù)軌跡分段點集合assseg，把軌跡分成若干m個子軌跡。

14、步驟3、軌跡分類：對軌跡分成的m個子軌跡進行逐一判斷和分類，通過合成所有分類結果完成整條相對運動軌跡的分類，具體包括：

15、3.1計算每個子軌跡的x軸、y軸、z軸的標準差stdx、stdy和stdz，具體為：其中：meanaxis分別是x軸、y軸、z軸平均值，n為軌跡點數(shù)，axisj為x、y和z軸每點大??；

16、3.2當stdx、stdy和stdz三軸中，stdx、stdy兩軸小于1，stdx、stdz兩軸小于1，則該子軌跡為懸停；

17、3.3當stdx、stdy和stdy均大于1，則對子軌跡x軸均為分為子軌跡前半部分xbefore＝[x1，x2，...xn/2]和子軌跡后半部分xafter＝[xn/2，xn/2+1，...xn]，同理對子軌跡y軸均勻分為子軌跡前半部分ybefore＝[y1，y2，..yn/2]和子軌跡后半部分yafter＝[yn/2，yn/2+1，...yn]；依據(jù)公式：其中y0為斡旋、繞飛點y軸坐標，當軌跡是繞飛時，y0＝0；tho是繞飛半徑，d是半長軸；計算一組半長軸dtemp＝[d1，d2，d3，...dn/2]，計算一組繞飛半徑rhotemp＝[rho1，rho2，....rhon/2]，每一點

18、3.4計算dtemp和rhotemp標準差stdd和stdrho，當stdd和stdrho均小于1，且stdd大于stdrho，則該子軌跡為繞飛；當stdd和stdrho均小于1，且stdd小于stdrho，則該子軌跡為斡旋；當stdd和stdrho不均小于1且rdnar[1]大于rdnar[n]，則該子軌跡為抵近；當stdd和stdrho不均小于1且rdnar[1]小于rdnar[n]，則該子軌跡為遠離；

19、3.5輸出每條子軌跡的分類結果，完成整條相對運動軌跡的分類。

20、技術效果

21、本發(fā)明通過尋找相對運動軌跡運動趨勢迅速變化點，把完整混合軌跡分解成單一軌道特性的子軌跡。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明更加適用于符合工程實際的在軌相對運動軌跡的分類問題。

技術特征：

1.一種空間非合作目標的相對運動軌跡分類方法，其特征在于，通過軌跡預處理得到滿足探測距離的roi區(qū)域內(nèi)的軌跡的歸一化相對距離，根據(jù)歸一化相對距離對軌跡進行分段后對得到的子軌跡進行分類判斷，再根據(jù)每條子軌跡的分類結果，完成整條相對運動軌跡的分類。

2.根據(jù)權利要求1所述的空間非合作目標的相對運動軌跡分類方法，其特征是，所述的軌跡預處理是指：根據(jù)用戶輸入的探測距離(dr)劃定roi區(qū)域并提取roi區(qū)域內(nèi)的軌跡，計算空間非合作目標在x-y平面上相對運動軌跡上每一點的相對距離rdxy后進行歸一化處理；

3.根據(jù)權利要求1所述的空間非合作目標的相對運動軌跡分類方法，其特征是，所述的分段，具體包括：

4.根據(jù)權利要求1所述的空間非合作目標的相對運動軌跡分類方法，其特征是，所述的軌跡分類是指：對軌跡分成的m個子軌跡進行逐一判斷和分類，通過合成所有分類結果完成整條相對運動軌跡的分類，具體包括：

5.一種實現(xiàn)權利要求1-4中任一所述方法的空間非合作目標的相對運動軌跡分類系統(tǒng)，其特征在于，包括：軌跡預處理模塊、軌跡分段模塊和軌跡分類模塊，其中：軌跡預處理模塊根據(jù)用戶輸入的roi的范圍，提取roi區(qū)域的空間非合作目標的運動軌跡，對軌跡進行降維和歸一化處理；軌跡分段模塊對預處理后的相對運動軌跡進行分段，考慮空間非合作目標運動趨勢改變的點進行軌跡分段，提取軌跡分段點，依據(jù)軌跡分段點把軌跡分為多條子軌跡；軌跡分類模塊對每條子軌跡進行判斷，對子軌跡進行遠離、抵近、繞飛，懸停，斡旋五種情景進行判斷，最終輸出整條軌跡分類結果。

6.根據(jù)權利要求5所述的相對運動軌跡分類系統(tǒng)，其特征是，所述的軌跡預處理模塊包括：用戶輸入信息單元、roi區(qū)域軌跡提取單元和軌跡相對距離計算單元，其中：用戶輸入信息單元依據(jù)用戶輸入的信息，設置roi區(qū)域，輸出x,y，z軸閾值，xrang，yrang，zrang；roi區(qū)域軌跡提取單元依據(jù)xrang，yrang，zrang，對軌跡進行裁切，保留roi區(qū)域內(nèi)的相對運動軌跡trroi；軌跡相對距離計算單元計算相對運動軌跡trroi在x-y平面上每一點的相對距離rdxy，依據(jù)歸一化公式對相對距離rdxy做歸一化處理，得到歸一化距離rdnor。

7.根據(jù)權利要求5所述的相對運動軌跡分類系統(tǒng)，其特征是，所述的軌跡分段模塊包括：一階求導單元、分段點判斷單元和軌跡分段單元，其中：一階求導單元對歸一化距離rdnor進行一階差分處理，得到極小值點和極大值點結果，極小值點組成極小值集合assmin，極大值點組成極大值集合assmax；分段點判斷單元根據(jù)assmin和assmax，進行極值點判斷處理，得到軌跡分段點集合assseg，軌跡分段單元根據(jù)assseg，進行軌跡分段處理，得到m條子軌跡，即trroi＝{str1,str2,str3,…,strm}。

8.根據(jù)權利要求5所述的相對運動軌跡分類系統(tǒng)，其特征是，所述的軌跡分類模塊包括：子軌跡排序單元、子軌跡分類單元和分類結果整合單元，其中：子軌跡排序單元根據(jù)各條子軌跡，進行排序處理，依次輸出子軌跡stri(i≤m)，子軌跡分類單元對子軌跡stri進行分類處理，得到子軌跡分類結果，分類結果整合單元根據(jù)所有子軌跡分類單元輸出結果，對完整軌跡分類結果進行輸出。

技術總結
一種空間非合作目標的相對運動軌跡分類方法及系統(tǒng)，通過軌跡預處理得到滿足探測距離的ROI區(qū)域內(nèi)的軌跡的歸一化相對距離，根據(jù)歸一化相對距離對軌跡進行分段后對得到的子軌跡進行分類判斷，再根據(jù)每條子軌跡的分類結果，完成整條相對運動軌跡的分類。本發(fā)明基于相對運動方程的解對空間非合作目標軌跡進行識別和分類，滿足空間復雜環(huán)境下，己方航天器對感興趣區(qū)域(ROI)內(nèi)的空間非合作目標的態(tài)勢感知的需求，完成空間非合作目標對己方航天器繞飛、斡旋、抵近、遠離、懸停五種運動態(tài)勢的感知。

技術研發(fā)人員：吳航,黃益新,慕忠成,吳樹范,王曉亮,王子健,王巍,周航,曹鑫,易紀元,郭志,劉梅林
受保護的技術使用者：上海交通大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9