一种基于太阳光反射的反侦察干扰方法
阅读说明：本技术 一种基于太阳光反射的反侦察干扰方法 (Anti-reconnaissance interference method based on sunlight reflection ) 是由 张小虎 王杰 郭贵松 张新 杨夏 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种基于太阳光反射的反侦察干扰方法,利用相机组件探测空间中的非合作目标,获取非合作目标的第一实时图像；根据非合作目标的世界坐标调整各反射单元的姿态,使太阳光覆盖非合作目标；获取非合作目标在太阳光覆盖下的第二实时图像,识别第二实时图像中的非合作目标,判断其是否为侦查状态,若是则进入干扰模式；基于非合作目标上光学侦查设备的世界坐标调整太阳光反射组件的姿态,使多个反射单元所反射的太阳光覆盖非合作目标上的光学侦查设备,使其处于过曝光状态,对其侦查实现有效干扰。通过反射组件改变光路朝向非合作目标的光学侦查设备,使其处于过曝光状态,即可对侦查实现有效干扰,提高空间防护能力。(The invention discloses an anti-reconnaissance interference method based on sunlight reflection, which comprises the steps of detecting a non-cooperative target in a space by utilizing a camera assembly, and acquiring a first real-time image of the non-cooperative target; adjusting the posture of each reflecting unit according to the world coordinates of the non-cooperative target, so that sunlight covers the non-cooperative target; acquiring a second real-time image of the non-cooperative target under the sunlight coverage, identifying the non-cooperative target in the second real-time image, judging whether the non-cooperative target is in a detection state, and entering an interference mode if the non-cooperative target is in the detection state; the posture of the sunlight reflecting component is adjusted based on the world coordinates of the optical detection equipment on the non-cooperative target, so that the sunlight reflected by the plurality of reflecting units covers the optical detection equipment on the non-cooperative target, the optical detection equipment is in an overexposure state, and effective interference is realized on detection. The optical detection equipment with the light path towards the non-cooperative target is changed through the reflection component, so that the optical detection equipment is in an overexposure state, effective interference on detection can be realized, and the space protection capability is improved.)
技术领域
本发明涉及空间反侦察干扰技术领域，具体是一种基于太阳光反射的反侦察干扰方法。
背景技术
太空具有无比丰富的资源和特殊的环境，所以世界各国不惜巨资去征服或争夺太空领域制高点。随着信息化战争时代的到来，太空正逐渐成为新的战争领域。衡量一个国家的空间作战能力目前主要有3大指标：空间监视和预警能力、空间部署能力和空间攻防能力。美国在《2020航天远景规划》中提出，监视空间作为到2020年控制空间要达到的5个目标之一，其主要任务是：对重要空间目标进行精确的探测和跟踪；实时探测可能对美国航天系统构成威胁的航天器的任务、尺寸、形状、轨道参数等重要目标特性；对目标特性数据进行归类和分发。
空间目标的探测感知主要依赖空间目标监视系统。空间目标监视系统是利用地基或天基探测设备对航天器进入空间、在空间运行及离开空间的过程进行探测和跟踪，以及对轨道碎片和自然天体的运行情况进行观测，经综合处理，分析目标信息，并进行编目，以掌握空间态势，向民用和军用航天活动提供空间目标信息支援的国家战略信息获取系统。作为空间态势感知系统最终的组成部分，空间目标监视系统在今后的发展中被赋予更多的军事应用任务。
进入新世纪以来，太空国际竞争愈演愈烈，夺取制空权已经涉及到国家的核心利益。随着世界各国航天技术不断发展，空间态势侦查与安全防护成为航天任务的重要内容。天基空间目标监视系统由于其独特的优势，已经成功各个航天大国努力发展的重点方向。
然而，近年来我国的卫星不断受到不明卫星的抵近观测，却不能及时作出反应，从而失去了主动权，失去对卫星信息的保护。由于空间目标侦察为被动成像，受环境光影响巨大，当目标处于太阳辐射阴影区时，目标亮度低，导致探测任务困难。除此之外，面对敌方抵近侦查我方卫星，我方卫星缺乏有效的反侦察干扰手段。
发明内容
针对上述现有技术中存在的一项或多项不足，本发明提供一种基于太阳光反射的反侦察干扰方法，通过反射组件改变光路朝向非合作目标的光学侦查设备，使其处于过曝光状态，即可对侦查实现有效干扰，提高空间防护能力。
为实现上述目的，本发明提供一种基于太阳光反射的反侦察干扰方法，包括照明模式与干扰模式；
所述照明模式具体包括如下步骤：
步骤101，将相机组件与太阳光反射组件安装在卫星平台上，其中，太阳光反射组件包括若干可多自由度调整姿态的反射单元，各反射单元均可将太阳光反射至任意方向；
步骤102，利用相机组件探测空间中的非合作目标，并获取非合作目标的第一实时图像；
步骤103，基于非合作目标的第一实时图像获取非合作目标的世界坐标，并根据非合作目标的世界坐标调整各反射单元的姿态，使得太阳光覆盖非合作目标，以起到照明效果；
步骤104，获取非合作目标在太阳光覆盖下的第二实时图像，识别第二实时图像中的非合作目标，判断其是否为侦查状态，若是则进入干扰模式；
所述干扰模式具体包括如下步骤：
步骤201，基于非合作目标的第二实时图像获取非合作目标上光学侦查设备的世界坐标；
步骤202，根据非合作目标上光学侦查设备的世界坐标调整太阳光反射组件的姿态，使得多个反射单元所反射的太阳光均覆盖非合作目标上的光学侦查设备，使其处于过曝光状态，对其侦查实现有效干扰。
进一步改进的，步骤102中，所述利用相机组件探测空间中的非合作目标，具体为：
利用相机组件持续获取空间中的探测图像，基于探测图像使用运动目标检测算法检测空间中的出非合作目标，其中，所述运动目标检测算法包括但不限于帧差法、光流法。
进一步改进的，步骤103中，所述基于非合作目标的第一实时图像获取非合作目标的世界坐标，具体为：
步骤301，获取第一实时图像中非合作目标上任意一点P的像素坐标(uP，vP)；
步骤302，基于点P的像素坐标(uP，vP)与相机组件的标定参数得到点P的世界坐标：
式中，(XP，YP，ZP)为点P的世界坐标，dx、dy表示摄像机单个像元在x、y方向上的物理尺寸，f表示焦距，z为比例因子，cx、cy表示第一实时图像的中心点在像素坐标系中的位置，tx、ty、tz表示平移向量，ri(i＝1～9)表示旋转矩阵；
步骤303，遍历第一实时图像中非合作目标上的所有点并重复步骤301-302，即得到非合作目标的世界坐标。
进一步改进的，步骤103中，所述根据非合作目标的世界坐标调整各反射单元的姿态，使得太阳光覆盖非合作目标，具体为：
对于非合作目标上朝向卫星平台的任意一点B，根据点B的世界坐标调整至少一个反射单元的姿态，使得至少一束太阳光经过反射单元反射后覆盖点B。
进一步改进的，所述根据点B的世界坐标调整至少一个反射单元的姿态，使得太阳光经过反射单元反射后覆盖点B，具体为：
设反射单元上反射面上反射点O的世界坐标为(0，0，0)，点B的世界坐标为(XB，YB，ZB)；
取太阳光入射方向上的任意一点A，点A的世界坐标为(XA，YA，ZA),取反射单元上反射面法线上的任意一点C；
根据光的反射定律可知：
由上式可知，调整至少一个反射单元的姿态使其反射面法线与太阳光入射方向之间的夹角为即能使太阳光覆盖点B。
进一步改进的，步骤201中，所述基于非合作目标的第二实时图像获取非合作目标上光学侦查设备的世界坐标，具体为：
步骤401，对第二实时图像进行图像识别，获取第二实时图像中非合作目标上光学侦查设备所有点的像素坐标；
步骤402，对于非合作目标上光学侦查设备任意一点Q，基于点Q的像素坐标(uQ，vQ)与相机组件的标定参数得到点Q的世界坐标：
式中，(XQ，YQ，ZQ)为点Q的世界坐标，dx、dy表示摄像机单个像元在x、y方向上的物理尺寸，f表示焦距，z为比例因子，cx、cy表示第一实时图像的中心点在像素坐标系中的位置，tx、ty、tz表示平移相连，ri(i＝1～9)表示旋转矩阵；
步骤403，遍历第第二实时图像中非合作目标上光学侦查设备的所有点并重复步骤402，即得到非合作目标上光学侦查设备的世界坐标。
进一步改进的，步骤202中，根据非合作目标上光学侦查设备的世界坐标调整太阳光反射组件的姿态，使得多个反射单元所反射的太阳光均覆盖非合作目标上的光学侦查设备，具体为：
对于非合作目标的光学侦查设备上朝向卫星平台的任意一点E，根据点E的世界坐标调整至少两个反射单元的姿态，使得至少两束太阳光经过反射单元反射后覆盖点E。
进一步改进的，所述根据点E的世界坐标调整至少两个反射单元的姿态，使得至少两束太阳光经过反射单元反射后覆盖点E，具体为：
设反射单元上反射面上反射点O的世界坐标为(0，0，0)，点E的世界坐标为(XE，YE，ZE)；
取太阳光入射方向上的任意一点A，点A的世界坐标为(XA，YA，ZA),取反射单元上反射面法线上的任意一点C；
根据光的反射定律可知：
由上式可知，调整至少两个反射单元的姿态使其反射面法线与太阳光入射方向之间的夹角为即能使至少两束太阳光覆盖点E。
本发明提供的一种基于太阳光反射的反侦察干扰方法，在探测到非合作目标后，通过调整反射组件的姿态，使反射组件反射的太阳光照射在非合作目标上，进而有效的提升探测图像的清晰度，便于对非合作目标进行识别，并在识别出非合作目标为处在侦查状态时，再次调整反射组件的姿态，使得多束太阳光在非合作目标上的光学侦查设备位置聚焦，进而使光学侦查设备处于过曝光状态，对其侦查实现有效干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例中所采用基于太阳光反射的反侦察干扰的干扰系统的示意图；
图2为本发明实施例中非合作目标处于太阳辐射阴影区的示意图；
图3为本发明实施例中非合作目标处于太阳辐射阴影区时相机组件的成像示意图；
图4为本发明实施例中利用反射组件反射的太阳光照明非合作目标的示意图；
图5为本发明实施例中基于太阳光反射的反侦察干扰的干扰方法流程示意图；
图6为本发明实施例中反射单元姿态调整参数的计算示意图；
图7为本发明实施例中过曝光成像效果示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
空间环境中太阳光强度极高，若能通过反射装置改变光路朝向非合作目标的光学侦查设备，使其处于过曝光状态，即可对侦查实现有效干扰，提高空间防护能力。本实施例采用图1所示的一套基于太阳光反射的反侦察干扰的干扰系统，其包括卫星平台与搭载在卫星平台上的相机组件与太阳光反射组件，其中，太阳光反射组件由柔性支撑结构与若在设在柔性支撑结构上的反射单元组成，每个反射单元在柔性支撑结构的带动下均具有多自由度运动的功能，进而能够反射单元将太阳光反射至任意方向，而如何设置支撑结构支撑面状结构并通过支撑结构改变面状结构朝向的结构设置与控制设置均为常规技术手段，因此本实施例中不再赘述。反射单元采用具有较高反射效率的材料制成，例如铜或铜合金。
相机组件采用常规的探测相机，在探测相机投入使用前，需对探测相机进行标定，进而得到相机的内部参数与外部参数等，具体包括焦距f、像素大小、平移矩阵T与旋转矩阵R。本实施例中，探测相机的标定方法采用本领域常规的标定方法：张正友标定法。最终得到探测相机与世界坐标系之间的平移矩阵为旋转矩阵为
本实施例中基于太阳光反射的反侦察干扰方法具体包括照明模式与干扰模式。
如图2所示，当我方卫星平台处于空间目标侦察任务时，当非合作目标处于太阳辐射阴影区，即太阳光被地球或者其他太空物体遮蔽，由于非合作目标较暗，造成相机组件成像亮度昏暗，不清晰，如图3所示。针对这个问题，本实施例通过利用反射组件反射的太阳光照明非合作目标，实现远距离感知探测，以及逆光条件下的抵近侦查成像。如图4所示，卫星平台操控柔性支撑结构，使反射单元将太阳光反射并照射于非合作目标上，提高非合作目标卫星亮度，改善相机组件对于非合作目标的成像。
照明模式下，卫星平台需要通过控制柔性支撑结构来使反射单元将太阳光反射并照射于非合作目标上，其中，控制策略使用自适应控制算法来调整柔性支撑结构的角度。
参考图5，本实施例中照明模式具体包括如下步骤：
步骤101，将相机组件与太阳光反射组件安装在卫星平台上。
步骤102，利用相机组件探测空间中的非合作目标，并获取非合作目标的第一实时图像，其中，所述利用相机组件探测空间中的非合作目标，具体为：
利用相机组件持续获取空间中的探测图像，基于探测图像使用运动目标检测算法空间中的出非合作目标，其中，所述运动目标检测算法包括但不限于帧差法、光流法，而采用运动目标检测算法检测空间中的出非合作目标属于常规技术手段，因此本实施例中不再赘述。
步骤103，基于非合作目标的第一实时图像获取非合作目标的世界坐标，并根据非合作目标的世界坐标调整各反射单元的姿态，使得太阳光覆盖非合作目标，以起到照明效果，其中：
所述基于非合作目标的第一实时图像获取非合作目标的世界坐标，具体为：
步骤301，获取第一实时图像中非合作目标上任意一点P的像素坐标(uP，vP)；
步骤302，基于点P的像素坐标(uP，vP)与相机组件的标定参数得到点P的世界坐标：
式中，(XP，YP，ZP)为点P的世界坐标，dx、dy表示摄像机单个像元在x、y方向上的物理尺寸，f表示焦距，z为比例因子，cx、cy表示第一实时图像的中心点在像素坐标系中的位置，tx、ty、tz表示平移相连，ri(i＝1～9)表示旋转矩阵；
步骤303，遍历第一实时图像中非合作目标上的所有点并重复步骤301-302，即得到非合作目标的世界坐标。
所述根据非合作目标的世界坐标调整各反射单元的姿态，使得太阳光覆盖非合作目标，具体为：
参考图6，对于非合作目标上朝向卫星平台的任意一点B，根据点B的世界坐标调整至少一个反射单元的姿态，使得至少一束太阳光经过反射单元反射后覆盖点B，具体实施过程为：
设反射单元上反射面上反射点O的世界坐标为(0，0，0)，点B的世界坐标为(XB，YB，ZB)；
取太阳光入射方向上的任意一点A，点A的世界坐标为(XA，YA，ZA),取反射单元上反射面法线上的任意一点C；
根据光的反射定律可知：
由上式可知，调整至少一个反射单元的姿态使其反射面法线与太阳光入射方向之间的夹角为即能使太阳光覆盖点B。
步骤104，获取非合作目标在太阳光覆盖下的第二实时图像，识别第二实时图像中的非合作目标，判断其是否为侦查状态，若是则进入干扰模式。其中，通过非合作目标的运动轨迹和姿态变化判断是否为侦察状态，而这一判断过程为现有技术中较为成熟的技术，因此本实施例不再赘述。
非合作目标被判断为侦查状态后，当非合作目标抵近侦查我方卫星平台时，图4中的卫星平台操控柔性支撑结构，使反射单元将太阳光反射并聚焦于非合作目标的光学侦查设备，使其物理过曝，实现对敌方光学侦查设备的定向干扰致盲，使敌方相机无法侦察我方卫星平台的信息，对其侦查实现有效干扰，提高空间防护能力，非合作目标由于受太阳光，其过曝光成像效果如图7所示。
干扰致盲模式下，卫星平台需要在检测到非合作目标的光学侦查设备的基础上，控制柔性支撑结构，使反射单元将太阳光反射并聚焦于非合作目标的光学侦查设备上，这需要卫星平台更精确的控制，因此控制策略选择基于扩展Kalman滤波算法的控制策略。
参考图5，本实施例中干扰模式具体包括如下步骤：
步骤201，对非合作目标的第二实时图像进行图像识别，获取非合作目标上光学侦查设备的世界坐标，其具体包括：
步骤401，对第二实时图像进行图像识别，获取第二实时图像中非合作目标上光学侦查设备所有点的像素坐标，其中，对图像进行识别并识别出图像中光学侦查设备的像素坐标为所属领域的常规技术手段，因此本实施例中不再赘述；
步骤402，对于非合作目标上光学侦查设备任意一点Q，基于点Q的像素坐标(uQ，vQ)与相机组件的标定参数得到点Q的世界坐标：
式中，(XQ，YQ，ZQ)为点Q的世界坐标，dx、dy表示摄像机单个像元在x、y方向上的物理尺寸，f表示焦距，z为比例因子，cx、cy表示第一实时图像的中心点在像素坐标系中的位置，tx、ty、tz表示平移相连，ri(i＝1～9)表示旋转矩阵；
步骤403，遍历第第二实时图像中非合作目标上光学侦查设备的所有点并重复步骤402，即得到非合作目标上光学侦查设备的世界坐标。
步骤202，根据非合作目标上光学侦查设备的世界坐标调整太阳光反射组件的姿态，使得多个反射单元所反射的太阳光均覆盖非合作目标上的光学侦查设备，使其处于过曝光状态，对其侦查实现有效干扰，其中：
所述根据非合作目标上光学侦查设备的世界坐标调整太阳光反射组件的姿态，使得多个反射单元所反射的太阳光均覆盖非合作目标上的光学侦查设备，具体为：
对于非合作目标的光学侦查设备上朝向卫星平台的任意一点E，根据点E的世界坐标调整至少两个反射单元的姿态，使得至少两束太阳光经过反射单元反射后覆盖点E，具体为：
设反射单元上反射面上反射点O的世界坐标为(0，0，0)，点E的世界坐标为(XE，YE，ZE)；
取太阳光入射方向上的任意一点A，点A的世界坐标为(XA，YA，ZA),取反射单元上反射面法线上的任意一点C；
根据光的反射定律可知：
由上式可知，调整至少两个反射单元的姿态使其反射面法线与太阳光入射方向之间的夹角为
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
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