CN108645401B - 基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法 - Google Patents

基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108645401B
CN108645401B CN201810287946.9A CN201810287946A CN108645401B CN 108645401 B CN108645401 B CN 108645401B CN 201810287946 A CN201810287946 A CN 201810287946A CN 108645401 B CN108645401 B CN 108645401B
Authority
CN
China
Prior art keywords
star
image
star sensor
sensor
superposition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810287946.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108645401A (zh
Inventor
戴东凯
秦石乔
吴伟
谭文锋
周金鹏
王省书
吴州平
郑佳兴
战德军
赵英伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National University of Defense Technology
Original Assignee
National University of Defense Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National University of Defense Technology filed Critical National University of Defense Technology
Priority to CN201810287946.9A priority Critical patent/CN108645401B/zh
Publication of CN108645401A publication Critical patent/CN108645401A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108645401B publication Critical patent/CN108645401B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/02—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by astronomical means
    • G01C21/025—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by astronomical means with the use of startrackers

Abstract

本发明公开了一种基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法，利用捷联惯导系统提供的高精度角度信息将动态条件下拍摄的连续图像统一还原到某一时刻，再进行星图叠加和星点提取，从而达到多帧星图动态叠加增强星图信噪比的效果。本发明通过姿态关联图像叠加，可以有效提高动态条件下全天时星敏感器的星点探测信噪比和提取精度；通过图像处理的方法提高星敏感器的暗弱星探测能力，降低了星敏感器对探测器性能的要求，可以降低全天时星敏感器的成本。

Description

基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法
技术领域
本发明涉及惯性/天文组合导航领域中星敏感器的星点提取方法，具体地说是一种基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法。
背景技术
星敏感器作为一种高精度的姿态敏感器，有着误差不随时间积累、自主性和抗干扰能力强等优点，在航天器、飞机、导弹以及舰船等平台的导航系统中得到广泛应用。由于星敏感器是通过探测星光实现姿态测量，在近地面使用时，容易受到杂散光的影响，特别是在白天使用时，强烈的天空背景辐射和大气散射光将导致星光信息完全被背景噪声淹没。因此，为了拓展星敏感器的应用领域，减小其使用限制，实现其在近大气层及近地空间条件下的全天时应用，亟需解决白昼条件下星光探测的难题。
全天时星敏感器通常采用高性能短波红外探测阵列实现白昼星光探测，并通过减小视场以抑制天空背景辐射的影响。探测器的曝光时间也是影响星光探测能力的重要因素，增加曝光时间可以有效地提高星光探测的信噪比，然而，由于探测器阵列的满阱容量限制，过长的曝光时间将会使探测器饱和，从而导致测量数据失效。为从根本上提高星敏感器的信噪比，需要大幅度提高探测器的动态性能，一方面提高探测器的探测灵敏度，另一方面大幅度提高其满阱容量，但是其经济成本和技术难度极大。Mark O’Malley等人于1992年在Optical Engineering杂志第31卷第3期发表的论文《Charge-coupled devices:frameadding as an alternative to long integration times and cooling》中提出了采用多帧图像叠加的方法用于提高相机的信噪比，同时防止光电探测器饱和，取得了较好的效果。但在动态条件下，由于单帧图像信噪比极低，无法直接对星图进行提取和信号处理；且测量目标在图像上的位置将随时间发生变化，将多帧图像直接叠加将会导致图像模糊，使图像的信噪比降低，无法达到图像增强的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法，解决动态条件下多帧星图相关叠加的问题，从而抑制背景噪声，提升强背景光条件下星敏感器的星光探测信噪比。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法，包括以下步骤：
1)采用星敏感器连续拍摄多帧的星图；
2)利用捷联惯导提供的先验姿态信息和星惯安装矩阵预测星敏感器中在当前姿态下所能拍摄到的星点的天球坐标和图像坐标；
3)根据捷联惯导预测得到的星点在探测器上的天球坐标和图像坐标，选定每帧星图中的星点提取窗口；
4)利用捷联惯导提供的连续拍摄的多帧星图之间的帧间角度变化关系，对多星图中同一星点对应的提取窗口进行平移和旋转变换，将其关联到最后一帧星图中，并将关联后的星图进行叠加；
5)利用关联叠加后的星图进行星点提取。
步骤2)的具体实现过程包括：
1)在tk时刻获取捷联惯导输出的姿态信息，并估计星敏感器的姿态，在星敏感器的第k个采样时刻同时获取捷联惯导的姿态输出数据，将在星敏感器tk采样时刻捷联惯导输出的载体坐标系相对于惯性系的坐标变换矩阵记为
Figure GDA0001750288730000021
利用
Figure GDA0001750288730000022
计算星敏感器姿态矩阵的估计值
Figure GDA0001750288730000023
2)根据星敏感器的姿态估计值和星敏感器的光学参数预测星敏感器视场内可以观测到的恒星，并获取星表中相应恒星的信息；
3)从星表中选取天球坐标满足下式条件的恒星：
Figure GDA0001750288730000024
其中RAk,0为光轴指向的天球赤经，Deck,0为光轴指向的天球赤纬，RAk,j为第k个采样时刻时，第j个星点的赤经；Deck,j为第k个采样时刻，第j个星点的赤纬；ΔRAk,j＝RAk,j-RAk,0， FOV为星敏感器的视场大小；Mvk,j为第k个采样时刻时，第j 个星点的星等；Mvmax为星敏感器可以探测到的最大星等；将筛选得到的恒星按星等从低到高的顺序排列，记录其星号、星等Mvk,j、以及天球坐标(RAk,j,Deck,j)；
4)根据星敏感器的光学参数计算步骤3)所筛选到的恒星的图像坐标。
Figure GDA0001750288730000031
其中，
Figure GDA0001750288730000032
采用下式计算tk时刻星敏感器拍摄到的图像中第j颗恒星在星敏感器图像坐标系内的图像坐标估计值：
Figure GDA0001750288730000033
其中，(u0,v0)为星敏感器主点，f为星敏感器镜头焦距，κ为像元尺寸，duk,j， dvk,j为镜头畸变量；
Figure GDA0001750288730000034
Figure GDA0001750288730000035
以预测得到的星点位置为中心
Figure GDA0001750288730000036
选择星点提取窗口，当提取窗口大小为M像素×M像素时，提取窗口的图像坐标(uk,vk)满足：
Figure GDA0001750288730000037
关联叠加的具体实现过程包括：
1)对于第k-l个采样时刻tk-l的星敏感器坐标系相对于第k个采样时刻tk星敏感器坐标系之间的坐标变换矩阵，即关联矩阵用下式计算，l＝1,...,L：
Figure GDA0001750288730000041
其中，
Figure GDA0001750288730000042
为星敏感器坐标系相对于载体坐标系的坐标变换矩阵，L为用于关联叠加的星图帧数；
2)利用关联矩阵建立tk-l时刻的图像坐标与tk时刻的图像坐标之间的关联变换：
Figure GDA0001750288730000043
其中，
Figure GDA0001750288730000044
时刻的细分图像坐标关联到tk时刻后的预测细分图像坐标；
Figure GDA0001750288730000045
θx,θy,θz分别为星敏感器绕其x轴、y轴以及z轴的转动欧拉角；G为细分倍数；(tu,tv) 为星图之间的平移量；
Figure GDA0001750288730000046
为tk-l时刻星敏感器像面上的细分像元。
关联叠加的方法如下：将tk-l时刻的细分图像坐标关联到tk时刻后，得到关联后的细分图像坐标
Figure GDA0001750288730000047
对其进行四舍五入取整，得到取整后的坐标为
Figure GDA0001750288730000048
Figure GDA0001750288730000049
INT表示四舍五入取整运算；坐标取整后的图像灰度
Figure GDA00017502887300000410
Figure GDA00017502887300000411
等于取整前的图像灰度
Figure GDA00017502887300000412
将tk-l时刻图像坐标经过关联变换并取整后的细分图像坐标
Figure GDA00017502887300000413
Figure GDA00017502887300000414
与tk时刻图像坐标的灰度图像灰度
Figure GDA00017502887300000415
进行叠加，即对于细分提取窗口中任意满足
Figure GDA00017502887300000416
的细分像素点，叠加后的像素灰度值由下式计算得到：
Figure GDA0001750288730000051
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
1.本发明通过姿态关联图像叠加，可以有效提高动态条件下全天时星敏感器的星点探测信噪比和提取精度。
2.本发明通过图像处理的方法提高星敏感器的暗弱星探测能力，降低了星敏感器对探测器性能的要求，可以降低全天时星敏感器的成本。
附图说明
图1基于姿态关联图像叠加的星点提取方法算法流程图；
图2星点提取窗口的像元细分方法；
图3通过旋转和平移实现不同时刻星图之间的关联变换。(a)为旋转变换示意图，(b)为v方向的平移变换示意图，(c)为u方向的平移变换示意图。
具体实施方式
定义捷联惯导的坐标系为b系Ob-xyz，定义星敏感器的坐标系为s系 Os-xsyszs，惯性坐标系为i系Oi-XYZ，捷联惯导坐标系与星敏感器坐标系刚性联接。惯性坐标系采用国际天文联合会(IAU)2000年第24届大会决议规定的国际天球参考系(ICRS)。
如图1所示，本项目采用以下步骤实现全天时星敏感器星点的提取：
步骤1：采用星敏感器连续拍摄多帧的星图。
为防止焦平面探测器阵列出现饱和，应设定较短的曝光时间，一般可选用1～10毫秒，具体数值需根据探测器的动态范围以及背景光的强度设定。焦平面探测器阵列可以选用短波红外探测器阵列。星敏感器的第k个曝光时刻记为tk。
步骤2：利用捷联惯导提供的姿态信息和星惯安装矩阵预测星敏感器中在当前姿态下所能拍摄到的星点的天球坐标和图像坐标。
2.1在tk时刻获取捷联惯导输出的姿态信息，并估计星敏感器的姿态。在星敏感器的第k个采样时刻同时获取捷联惯导的姿态输出数据，将在星敏感器tk采样时刻捷联惯导输出的载体坐标系相对于惯性系的坐标变换矩阵(也称为姿态矩阵)记为
Figure GDA0001750288730000052
利用
Figure GDA0001750288730000053
计算星敏感器姿态矩阵的估计值
Figure GDA0001750288730000054
计算方法如下：
Figure GDA0001750288730000061
其中
Figure GDA0001750288730000062
为星敏感器坐标系相对于载体坐标系的坐标变换矩阵(也称为安装矩阵)，在星敏感器安装完成后可以在晴朗夜晚条件下采用《飞行器控制学报》 2014年第33卷第2期刊载的“一种星敏感器陀螺组合定姿的实时在轨标定方法”所述的方法标定得到。
2.2根据星敏感器的姿态估计值和星敏感器的光学参数预测星敏感器视场内可以观测到的恒星，并获取星表中相应恒星的信息。
2.2.1根据式(2)计算星敏感器光轴在惯性坐标系下的方位矢量
Figure GDA0001750288730000063
2.2.2根据式(3)计算星敏感器光轴的指向对应的天球坐标系坐标
Figure GDA0001750288730000064
其中RAk,0为光轴指向的天球赤经，Deck,0为光轴指向的天球赤纬。
2.2.3从星表中筛选星敏感器视场中所能观测到的亮星。从星表中选取天球坐标满足式(4)条件的恒星：
Figure GDA0001750288730000065
其中RAk,j为第k个采样时刻时，第j个星点的赤经，Deck,0为第k个采样时刻时，第j个星点的赤纬，ΔRAk,j＝RAk,j-RAk,0，FOV为星敏感器的视场大小。 Mvk,j为第k个采样时刻时，第j个星点的星等，Mvmax为星敏感器可以探测到的最大星等。将筛选得到的恒星按星等从低到高的顺序排列，记录其星号、星等 Mvk,j、以及天球坐标(RAk,j,Deck,j)。
2.4根据星敏感器的光学参数计算步骤2.2.3所筛选到的恒星的图像坐标。
根据式(5)计算第k帧的中的第j个恒星的方位矢量：
Figure GDA0001750288730000071
采用式(6)估计tk时刻星敏感器拍摄到的图像中第j颗恒星在星敏感器坐标系内的方向矢量。
Figure GDA0001750288730000072
采用式(7)计算tk时刻星敏感器拍摄到的图像中第j颗恒星在星敏感器图像坐标系内的图像坐标估计值：
Figure GDA0001750288730000073
(u0,v0)为星敏感器主点，f为星敏感器镜头焦距，κ为像元尺寸，镜头畸变量duk,j，dvk,j通过式(8)计算：
Figure GDA0001750288730000074
p1,p2,d1,d2,d3为畸变系数，rk,j为星点图像坐标
Figure GDA0001750288730000075
相对于主点(u0,v0) 的距离。主点、焦距、像元尺寸以及畸变系数为星敏感器的已知光学参数。
步骤3：根据捷联惯导预测得到星点在探测器上的坐标选定每帧星图中的星点提取窗口，并进行像元细分。
3.1获取提取窗。以预测得到的星点位置为中心
Figure GDA0001750288730000076
选择星点提取窗口，提取窗口大小可以根据星点弥散斑的大小确定。以M像素×M像素的提取窗口为例，提取窗的图像坐标满足：
Figure GDA0001750288730000077
提取窗口的大小可以取典型值M＝20。
3.2对提取窗口坐标进行亚像素细分。对于窗口WINk,j中的全部像元(uk,vk) 进行G倍的细分，细分后的图像坐标为
Figure GDA0001750288730000081
细分图像坐标
Figure GDA0001750288730000082
可以由原始图像坐标(uk,vk)计算：
Figure GDA0001750288730000083
gu,gv分别为细分像素点在原始图像像素细分后的行序号和列序号。以附图2 为例，细分倍数G＝5，
Figure GDA0001750288730000084
细分坐标点对应的原始图像坐标为(uk,vk)＝(2,2)， gu＝3,gv＝3。
Figure GDA0001750288730000085
图像坐标对应的图像灰度
Figure GDA0001750288730000086
等于原始图像坐标的图像灰度 I(uk,vk)。
步骤4：利用捷联惯导提供星图帧间角度变化关系，将tk-l时刻(l＝1,...,L) 的星图关联到tk时刻，并实现星图的关联叠加，其中L为用于关联叠加的星图帧数。关联叠加的方法如下：
4.1计算关联矩阵。对于第k-l个采样时刻tk-l(l＝1,...,L)的星敏感器坐标系相对于第k个采样时刻tk星敏感器坐标系之间的坐标变换矩阵(以下称为关联矩阵)可以用式(11)计算：
Figure GDA0001750288730000087
4.2利用关联矩阵建立tk-l时刻的图像坐标与tk时刻的图像坐标之间的关联变换。
星敏感器坐标系从tk-l时刻到tk时刻的关联矩阵可以用依次绕星敏感器z轴、 y轴以及x轴的三次等效旋转获得，即：
Figure GDA0001750288730000091
其中，θx,θy,θz分别为星敏感器绕其x轴、y轴以及z轴的转动欧拉角，Tm,n为
Figure GDA0001750288730000092
第m行n列的元素。θx,θy,θz可以通过式(13)计算：
Figure GDA0001750288730000093
如图3所示星敏感器的姿态变化(欧拉角θx,θy,θz)体现在拍摄星图上时表现为星图之间的旋转量φ和平移量(tu,tv)，并存在如下变换关系：
Figure GDA0001750288730000094
tk-l时刻星敏感器像面上的细分像元
Figure GDA0001750288730000095
可以通过式(15)与tk时刻的星图实现关联：
Figure GDA0001750288730000096
Figure GDA0001750288730000097
为tk-l时刻的细分图像坐标关联到tk时刻后的预测细分图像坐标。式(15)即为tk-l时刻的图像坐标与tk时刻的图像坐标之间的关联变换方程。
关联变换后的图像灰度
Figure GDA0001750288730000098
等于关联前的图像灰度
Figure GDA0001750288730000099
4.3将tk-l时刻(l＝1,...,L)的星点细分提取窗口关联到tk时刻，并与tk时刻相应的星点细分提取窗口实现关联叠加。
对于tk时刻每一个细分提取窗口WINk,j(j＝1,...,Nk，Nk为tk时刻拍摄的星图中满足式(4)的星点数)，将tk-l(l＝1,...,L)时刻拍摄星图中，与WINk,j对应星号相同的窗口WINk-l,j的像素坐标通过式(15)进行关联变换，并将关联变换后的窗口与WINk,j进行叠加。叠加方法如下：
将tk-l时刻的细分图像坐标通过式(15)关联到tk时刻后，得到关联后的细分图像坐标
Figure GDA0001750288730000101
对其进行四舍五入取整，得到取整后的坐标为
Figure GDA0001750288730000107
Figure GDA0001750288730000108
INT表示四舍五入取整运算。坐标取整后的图像灰度
Figure GDA0001750288730000104
Figure GDA0001750288730000105
等于取整前的图像灰度
Figure GDA0001750288730000106
将tk-l时刻图像坐标经过关联变换并取整后的细分图像坐标
Figure GDA0001750288730000107
Figure GDA0001750288730000108
与tk时刻图像坐标的灰度图像灰度
Figure GDA0001750288730000109
进行叠加，即对于细分提取窗口中任意满足
Figure GDA00017502887300001010
(l＝1,...,L)的细分像素点，叠加后的像素灰度值由式(16)计算得到。
Figure GDA00017502887300001011
步骤5：对关联叠加后的星图进行星点提取。关联叠加后的星图其细分图像坐标为
Figure GDA00017502887300001012
其图像灰度为步骤4计算得到的叠加后的灰度
Figure GDA00017502887300001013
参照《光学技术》2009年第35卷第3期刊载的“基于背景自适应预测的星点提取算法”实现关联叠加星图的星点提取。得到tk时刻拍摄到的星图帧中的第j个星点图像坐标记为(uk,j,vk,j)，其中j＝1...Mk，Mk为第k帧星图中的星点总数。

Claims (7)

1.一种基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用星敏感器连续拍摄多帧的星图；
2)利用捷联惯导提供的先验姿态信息和星惯安装矩阵预测星敏感器中在当前姿态下所能拍摄到的星点的天球坐标和图像坐标；具体实现过程包括：
a)在第k个采样时刻tk获取捷联惯导输出的姿态信息，并估计星敏感器的姿态，在星敏感器的第k个采样时刻tk同时获取捷联惯导的姿态输出数据，将在星敏感器第k个采样时刻tk捷联惯导输出的载体坐标系相对于惯性系的坐标变换矩阵记为
Figure FDA0002365965350000011
利用
Figure FDA0002365965350000012
计算星敏感器姿态矩阵的估计值
Figure FDA0002365965350000013
b)根据星敏感器的姿态估计值和星敏感器的光学参数预测星敏感器视场内可以观测到的恒星，并获取星表中相应恒星的信息；
c)从星表中选取天球坐标满足下式条件的恒星：
Figure FDA0002365965350000014
其中RAk,0为光轴指向的天球赤经，Deck,0为光轴指向的天球赤纬，RAk,j为第k个采样时刻tk时，第j个星点的赤经；Deck,j为第k个采样时刻tk，第j个星点的赤纬；ΔRAk,j＝RAk,j-RAk,0，FOV为星敏感器的视场大小；Mvk,j为第k个采样时刻tk时，第j个星点的星等；Mvmax为星敏感器可以探测到的最大星等；将筛选得到的恒星按星等从低到高的顺序排列，记录其星号、星等Mvk,j、以及天球坐标(RAk,j,Deck,j)；
d)根据星敏感器的光学参数计算步骤c)所筛选到的恒星的图像坐标；
3)根据捷联惯导预测得到的星点在探测器上的天球坐标和图像坐标，选定每帧星图中的星点提取窗口；
4)利用捷联惯导提供的连续拍摄的多帧星图之间的帧间角度变化关系，对多星图中同一星点对应的提取窗口进行平移和旋转变换，将其关联到最后一帧星图中，并将关联后的星图进行叠加；
5)利用关联叠加后的星图进行星点提取。
2.根据权利要求1所述的基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法，其特征在于，
Figure FDA0002365965350000021
其中，
Figure FDA0002365965350000022
3.根据权利要求1所述的基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法，其特征在于，采用下式计算第k个采样时刻tk星敏感器拍摄到的图像中第j颗恒星在星敏感器图像坐标系内的图像坐标估计值：
Figure FDA0002365965350000023
其中，(u0,v0)为星敏感器主点，f为星敏感器镜头焦距，κ为像元尺寸，duk,j，dvk,j为镜头畸变量；
Figure FDA0002365965350000024
Figure FDA0002365965350000025
4.根据权利要求3所述的基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法，其特征在于，以预测得到的星点位置
Figure FDA0002365965350000026
为中心选择星点提取窗口，当提取窗口大小为M像素×M像素时，提取窗口的图像坐标(uk,vk)满足：
Figure FDA0002365965350000031
5.根据权利要求4所述的基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法，其特征在于，M＝20。
6.根据权利要求4所述的基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法，其特征在于，关联叠加的具体实现过程包括：
1)对于第k-l个采样时刻tk-l的星敏感器坐标系相对于第k个采样时刻tk星敏感器坐标系之间的坐标变换矩阵，即关联矩阵用下式计算，l＝1,...,L：
Figure FDA0002365965350000032
其中，
Figure FDA0002365965350000033
为星敏感器坐标系相对于载体坐标系的坐标变换矩阵，L为用于关联叠加的星图帧数；
2)利用关联矩阵建立第k-l个采样时刻tk-l的图像坐标与第k个采样时刻tk的图像坐标之间的关联变换：
Figure FDA0002365965350000034
其中，
Figure FDA0002365965350000035
为第k-l个采样时刻tk-l的细分图像坐标关联到第k个采样时刻tk后的预测细分图像坐标；
Figure FDA0002365965350000036
θx,θy,θz分别为星敏感器绕其x轴、y轴以及z轴的转动欧拉角；G为细分倍数；(tu,tv)为星图之间的平移量；
Figure FDA0002365965350000037
为第k-l个采样时刻tk-l星敏感器像面上的细分像元。
7.根据权利要求6所述的基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法，其特征在于，关联叠加的方法如下：将第k-l个采样时刻tk-l的细分图像坐标关联到第k个采样时刻tk后，得到关联后的细分图像坐标
Figure FDA0002365965350000041
对其进行四舍五入取整，得到取整后的坐标为
Figure FDA0002365965350000042
INT表示四舍五入取整运算；坐标取整后的图像灰度
Figure FDA0002365965350000043
等于取整前的图像灰度
Figure FDA0002365965350000044
将第k-l个采样时刻tk-l图像坐标经过关联变换并取整后的细分图像坐标
Figure FDA0002365965350000045
与第k个采样时刻tk图像坐标的灰度图像灰度
Figure FDA0002365965350000046
进行叠加，即对于细分提取窗口中任意满足
Figure FDA0002365965350000047
的细分像素点，叠加后的像素灰度值由下式计算得到：
Figure FDA0002365965350000048
CN201810287946.9A 2018-04-03 2018-04-03 基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法 Active CN108645401B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810287946.9A CN108645401B (zh) 2018-04-03 2018-04-03 基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810287946.9A CN108645401B (zh) 2018-04-03 2018-04-03 基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108645401A CN108645401A (zh) 2018-10-12
CN108645401B true CN108645401B (zh) 2020-05-22

Family

ID=63745380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810287946.9A Active CN108645401B (zh) 2018-04-03 2018-04-03 基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108645401B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109724588A (zh) * 2018-12-25 2019-05-07 北京控制工程研究所 一种白昼星敏感器
CN110906926B (zh) * 2019-12-02 2023-04-14 哈尔滨工业大学 近地空间全天时高精度swir恒星敏感系统及方法
CN111089586B (zh) * 2020-01-10 2021-09-07 上海航天控制技术研究所 一种基于多帧累加算法的全天时星敏感器星点提取方法
CN111412914B (zh) * 2020-04-21 2022-08-23 中国科学院光电技术研究所 一种基于卷帘曝光帧间关联的星敏感器提高姿态更新率方法
CN112611372B (zh) * 2020-11-27 2023-11-14 北京理工大学 用于星点位置精确提取的星敏感器点光源衍射星芒装置
CN112634295B (zh) * 2020-12-29 2022-05-20 中国人民解放军国防科技大学 一种基于双重梯度阈值的星敏感器星点分割方法
CN115375695B (zh) * 2022-10-27 2023-03-24 之江实验室 一种动态星敏感器暗弱恒星光斑的检测方法及装置、介质

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7617070B2 (en) * 2004-09-10 2009-11-10 Honeywell International Inc. Absolute position determination of an object using pattern recognition
CN101995248B (zh) * 2010-11-12 2012-06-06 清华大学 一种快速搜索导航星表的方法
CN103487055B (zh) * 2013-09-02 2016-03-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种星惯组合还原目标空间分布的方法
CN103674023B (zh) * 2013-12-26 2014-10-15 中国人民解放军国防科学技术大学 一种基于陀螺精确角度关联的星敏感器动态测姿方法
CN106931964B (zh) * 2017-01-19 2019-12-03 中国人民解放军国防科学技术大学 基于压缩感知成像的姿态确定方法和星敏感器
CN107590777B (zh) * 2017-07-17 2020-01-17 中国人民解放军国防科学技术大学 一种星敏感器星点图像增强方法
CN107449444B (zh) * 2017-07-17 2020-04-10 中国人民解放军国防科学技术大学 一种多星图姿态关联的星敏感器内参数标定方法
CN107588785B (zh) * 2017-09-12 2019-11-05 中国人民解放军国防科技大学 一种考虑像点误差的星敏感器内外参数简化标定方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108645401A (zh) 2018-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108645401B (zh) 基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法
US8218013B1 (en) Star sensing for an earth imaging sensor
CA2729712C (en) Method of searching for a thermal target
Suzuki et al. Initial inflight calibration for Hayabusa2 optical navigation camera (ONC) for science observations of asteroid Ryugu
US8111294B2 (en) Hybrid image stabilization method and apparatus
US10911680B2 (en) Method and system of geolocation and attitude correction for mobile rolling shutter cameras
CN107504966B (zh) 一种白昼有云环境下导航星星点提取的方法
CN106679676B (zh) 一种单视场多功能光学敏感器及实现方法
CN107945229B (zh) 用于静止轨道对地观测卫星面阵仪器的恒星质心提取方法
NO316849B1 (no) Adaptiv ikke-uniform kompensasjonsalgoritme
US9794483B1 (en) Video geolocation
CN110458877A (zh) 基于仿生视觉的红外与可见光信息融合的导航方法
CN113031041B (zh) 一种基于天际线匹配的城市峡谷组合导航定位方法
Zhang et al. Accurate star centroid detection for the advanced geosynchronous radiation imager of Fengyun-4A
CN111091088B (zh) 一种视频卫星信息支援海上目标实时检测定位系统及方法
JP6529411B2 (ja) 移動体識別装置及び移動体識別方法
Savoy et al. Geo-referencing and stereo calibration of ground-based whole sky imagers using the sun trajectory
Critchley-Marrows et al. Investigation into star tracker algorithms using smartphones with application to high-precision pointing CubeSats
CN106482731A (zh) 一种抑制白天大气湍流效应的大视场测星传感器及使用方法
US11828598B1 (en) Systems and methods for the efficient detection and tracking of objects from a moving platform
CN110595461A (zh) 一种高动态星光导航工作方法
Oda et al. Optical observation, image-processing, and detection of space debris in geosynchronous Earth orbit
Bostater et al. Airborne imaging sensors for environmental monitoring & surveillance in support of oil spills and recovery efforts
Shakun et al. The observations of artificial satellites and space debris using KT-50 telescope in the Odessa University
Bostater et al. Hyperspectral Remote Sensing–Using Low Flying Aircraft and Small Vessels in Coastal Littoral Areas

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant