论文摘要：目标卫星捕获与跟踪算法及实现

随着空间技术的发展，太空已经成为世界各国展示科技的平台和进行军事斗争的前沿阵地，各国向太空中发射的卫星数量也日益增加。非合作卫星一旦与我方航天器发生碰撞，会严重损坏航天器。因此，捕获与跟踪非合作卫星是保证航天器安全的重要需求之一。基于星载探测器的空间目标捕获跟踪技术因其实时性好、大视场捕获、精度高等优点受到了广泛的关注和应用。论文提出了一种基于星载探测器的目标卫星捕获跟踪方法，实现在动态星空背景下对目标卫星的准确捕获和实时跟踪。主要内容包括：

（1）研究了星图模拟算法，设计并实现了星图模拟软件，根据给定的相机姿态和相机参数生成较为真实的模拟星图。

（2）研究了小尺寸目标质心实时提取算法，提出了一种亚像素精度的小尺寸目标质心提取算法，分别于PC和FPGA平台实现。首先，算法通过寻找一阶导数过零点的方法准确定位目标的像素级中心点。其次，在PC平台上采用高斯拟合的方法提取亚像素精度的质心坐标，而在FPGA平台上则采用带阈值的质心法。实验表明，提出的算法保证了小尺寸目标质心的高精度提取，具有较强的抗噪声能力和较好的鲁棒性。

（3）研究了常用的星图识别算法，设计了一种将P向量法和投票法相结合的星图识别方法。首先采用P向量对星图进行初步识别，然后利用投票法对识别结果进行验证，实现了高识别率的星图识别。

（4）设计了基于星点映射和帧间匹配的目标捕获方法、基于窗口预测的目标跟踪方法。模拟星图仿真实验结果表明，目标捕获与跟踪方法具有捕获率高、跟踪速度快等优点，可以实现目标卫星的准确捕获与实时跟踪。