CN114279463B - 一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法，包括以下步骤：对单帧星图中的恒星进行质心提取及星图识别；建立星敏感器卷帘曝光模式下恒星成像速度模型及恒星成像畸变模型；结合恒星实际成像位置及位置的畸变量，将在像面成像的恒星统一至相同时刻；星敏感器对恒星成像过程中角距不变，构建限定方程；将单帧星图中识别到的多对恒星带入所建恒星成像速度模型及恒星成像畸变模型，结合角距不变原理，通过最小二乘法求解超定方程组，估计最优角速度，求解卷帘畸变并反向补偿恒星在像面的成像误差。本发明利用单帧星图识别恒星位置信息并结合角距信息实现角速度最优估计，实现卷帘畸变校正，有利于提高动态下星敏感器的动态测量精度。

Description

一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法

技术领域

本发明属于航空航天领域星敏感器技术领域，具体涉及一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法。

背景技术

随着星敏感器向高精度及高动态范围的发展，互补金属氧化物半导体有源像素传感器(CMOS)引起了广泛关注，由于其结构紧凑、成像质量及成本效益高，所以被广泛应用于星敏感器。该图像传感器中存在两种曝光模式，与全局曝光模式下对整个像面同时扫描成像不同，卷帘曝光模式是一种存在于数字图像传感器中逐行扫描图像的快门曝光模式，该模式下暗电流小，图像信噪比较高，但图像的每一行都是在稍有不同的时间捕获的，如果星敏感器在高动态下运转工作，图像就会失真，进一步地，星图中得到的星矢量被扭曲，从而增加了姿态确定误差。因此，有必要对此畸变进行补偿以获得高精度的姿态测量。

中国发明专利，授权公告号为CN106382928B，专利名称为一种基于卷帘曝光星敏感器的动态补偿方法，提出利用角速度进行星点位置的补偿，但所建模型中角速度必须为已知量，无陀螺条件下则无法得到角速度，另外，即使有陀螺估计角速度，卷帘曝光模式下各星点的速度在像面的速度与位置有关，并非完全相同。

中国发明专利，公开号为CN111412915A，专利名称为一种基于平均速度的卷帘曝光星敏感器星点位置校正方法，提出利用多帧位置信息与曝光时间的比值得到平均速度，该速度的精度受限于所用的星图帧数，只有在数据量足够大的条件下可能会得到较为准确的平均速度。

发明内容

为解决现有利用多帧星图校正卷帘畸变的方法中存在的匹配虚警现象以及利用多帧进行参数估计时拟合函数复杂、计算量较大、误差大的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法，包括以下步骤：

步骤A：对单帧星图中的恒星进行质心提取及星图识别；

步骤B：建立星敏感器卷帘曝光模式下恒星成像速度模型及恒星成像畸变模型；

步骤C：结合恒星实际成像位置及位置的畸变量，将在像面成像的恒星统一至相同时刻；

步骤D：星敏感器对恒星成像过程中角距不变，构建限定方程；

步骤E：将单帧星图中识别到的多对恒星带入所建恒星成像速度模型及恒星成像畸变模型，结合角距不变原理，通过最小二乘法求解超定方程组，估计最优角速度，求解卷帘畸变并反向补偿恒星在像面的成像误差。

进一步的，所述步骤A具体包括以下步骤：

步骤A1：利用质心法提取单帧星图中的恒星质心坐标得到实际成像位置(x,y)；

步骤A2：利用改进三角形识别算法对提取到的恒星质心坐标进行识别，确定其在天球坐标系下的赤经α和赤纬β。

进一步的，所述步骤B具体包括以下步骤：

步骤B1：将星敏感器在天球坐标系下的三轴角速度ω转化为星敏感器像面坐标系下的二维角速度V，通过坐标变换，建立星敏感器三轴角速度ω与恒星的实际成像位置(x,y)及其在像面中的运动速度V之间的数学模型，得到恒星成像速度模型；

步骤B2：结合星敏感器在卷帘曝光模式下成像芯片行间延迟的特点及恒星在像面的成像轨迹，确定恒星沿x与y轴的位置畸变量H及D与恒星实际成像位置(x,y)及像面中的运动速度V之间的数学模型，得到恒星成像畸变模型。

进一步的，所述步骤B1具体包括以下步骤：

某颗恒星在星敏感器坐标系下的矢量为W，在t时刻，该恒星在星敏感器坐标系下的矢量映像用符号表示为W(t)，用矢量坐标表示为(X_c,Y_c,Z_c)，设该恒星对应在星敏感器像平面的坐标P点为(x,y)，通过坐标转换，有：

其中，f表示星敏感器光学镜头焦距。

星点沿像面x轴与y轴方向的两个速度分量分别为V_x、V_y，上述两个速度分量可以通过极短的时间内星点轨迹微分得到，即：

该恒星在天球坐标系下的矢量映像可表示为υ：

其中，(α,β)为该星点在天球坐标系下的位置坐标；

由天球坐标系到星敏感器坐标系的旋转矩阵即星敏感器的姿态矩阵记为A_sc，则有：

W(t)＝A_sc·υ 式五

在星敏感器坐标系下，星敏感器的转动仅仅是由于自身运动造成的，与其他坐标系无关，故忽略平移分量，设星敏感器三轴角速度为ω＝[ω_x,ω_y,ω_z]^T，将式五两边对时间t求导，得：

其中，

将W(t)的矢量坐标(X_c,Y_c,Z_c)代入式六，进而求得：

将式一、式二、式七代入式三，可得到卷帘曝光模式下星点沿像面x轴与像面y轴的速度为：

进一步的，所述步骤B2具体包括以下步骤：

星敏感器卷帘曝光模式下像面按行进行积分，定义像面的积分速度为V_s，其大小等于行读出时间t_rd的倒数；星点沿像面x轴与y轴方向的两个速度分量分别为V_x、V_y。若无卷帘效应，设星点在像面的成像光斑中某像素点位置为(x_s,y_s)，其中，x_s表示列数，y_s表示行数；设成像星点光斑弥散半径为3ρ，依据成像芯片对光斑的敏感极限值将起始点取为星点成像光斑所在区域的第一行，由于该行距离像面首行有一定距离，因此，像面在积分过程中光斑因存在沿像面两轴方向的速度会继续向右下方运动，由于扫描速度远大于光斑在像面的运动速度，因此在t₁时刻，该星点所在行被积分即该行在像面成像，此时称为第一阶段，相较于全局曝光模式下产生的两轴方向的误差分别记为ΔD₁、ΔH₁；随着成像芯片逐行曝光的继续推进，拖尾光斑开始被逐行积分成像，且产生拉伸，直至t₂时刻被全部成像，此时称为第二阶段，在该过程产生的误差分别为ΔD₂、ΔH₂，因此，沿像面x轴与y轴方向的误差分别如式九、式十所示：

进一步的，所述步骤C具体包括以下步骤：

设定行读出时间为t_rd，依据卷帘曝光下星点的成像特点，以像面第一行为基准，将两颗恒星统一至相同时刻；假定星敏感器有沿像面y轴方向的速度V_y，计算当前像面中i颗恒星成像时刻与前述统一时刻之间的距离记为H_i；利用星点实际成像位置与理想成像位置之间的变化关系，有：

依据理想成像位置与实际成像位置的关系得到i颗恒星统一至相同时刻，即：

y′_i＝y_i-H_i 式十二。

进一步的，所述步骤D具体包括以下步骤：

步骤D1：基于针孔成像模型，利用其中两颗恒星在像面的理想成像位置(x′_i,y′_i)、(x′_j,y′_j)得到星敏感器坐标系的矢量W_i、W_j，从而得到恒星在星敏感器坐标系下的恒星间角距θ＜W_i,W_j＞；

步骤D2：利用恒星天球坐标系下的赤经α和赤纬β计算得到恒星在天球坐标系下的真实角距θ＜υ_i,υ_j＞：

步骤D3：已经统一至相同时刻的恒星星间角距θ＜W_i,W_j＞与对应天球坐标系下的恒星星间角距θ＜υ_i,υ_j＞建立对等数学关系，得到θ＜υ_i,υ_j＞＝θ＜W_i,W_j＞。

进一步的，所述步骤D1中，恒星i在星敏感器坐标系下的矢量W_i通过其在像面的成像位置求得，即：

同理可得恒星j在星敏感器坐标系下的矢量W_j，从而得到恒星在星敏感器坐标系下的恒星间角距θ＜W_i,W_j＞：

进一步的，所述步骤E具体包括以下步骤：

将上述星点的理想成像位置(x′₁,y′₁)、(x′₂,y′₂).......(x′_i,y′_i)带入式八，将各参数带入后能够得到2i个方程，如式十六所示：

进而，通过式十五利用最小二乘法令像面速度残差r＝Mω-B的平方和最小来解超定方程组得到三轴角速度，即令：

通过求解最优角速度ω，从而得到沿像面y轴方向的最优速度V_yi，以及沿像面y轴方向由于卷帘效应造成的误差H_i，反向补偿星点位置误差进而降低其星间角距误差，提高星敏感器识别效率及后续姿态解算精度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法，包括以下步骤：步骤A：对单帧星图中的恒星进行质心提取及星图识别；步骤B：建立星敏感器卷帘曝光模式下恒星成像速度模型及恒星成像畸变模型；步骤C：结合恒星实际成像位置及位置的畸变量，将在像面成像的恒星统一至相同时刻；步骤D：星敏感器对恒星成像过程中角距不变，构建限定方程；步骤E：将单帧星图中识别到的多对恒星带入所建恒星成像速度模型及恒星成像畸变模型，结合角距不变原理，通过最小二乘法求解超定方程组，估计最优角速度，求解卷帘畸变并反向补偿恒星在像面的成像误差。本发明提供的基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法，基于星敏感器动态成像准确建模，通过利用单帧星图中识别到的恒星位置信息及卷帘曝光模式下恒星成像模型融合角距信息构建限定方程，实现角速度最优估计，以此为基础补偿由于卷帘效应造成的质心误差，实现卷帘畸变校正，为利用单帧星图解决卷帘效应提供了一种新思路，计算方法较为简单，有利于进一步提高动态下星敏感器的动态测量精度。

附图说明

图1为本发明中卷帘畸变估计示意图；

图2为本发明星敏感器卷帘畸变形成过程图；

图3为本发明角速度0.3°/s时估计误差统计图；

图4为本发明角速度0.3°/s时补偿前后星间角距误差统计图；

图5为本发明角速度为0.5°/s～3°/s时的估计结果图；

图6为本发明角速度为0.5°/s～3°/s时补偿前后星间角距误差统计图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

如图1-6所示，一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法，包括以下步骤：

步骤A：对单帧星图中的恒星进行质心提取及星图识别；

步骤B：建立星敏感器卷帘曝光模式下恒星成像速度模型及恒星成像畸变模型；

步骤C：结合恒星实际成像位置及位置的畸变量，将在像面成像的恒星统一至相同时刻，将该时刻恒星在像面的位置称为理想成像位置(x',y')；

步骤D：星敏感器对恒星成像过程中角距不变，构建限定方程；

步骤E：将单帧星图中识别到的多对恒星带入所建恒星成像速度模型及恒星成像畸变模型，结合角距不变原理，通过最小二乘法求解超定方程组，估计最优角速度，求解卷帘畸变并反向补偿恒星在像面的成像误差。

步骤A具体包括以下步骤：

步骤A1：利用质心法提取单帧星图中的恒星质心坐标得到实际成像位置(x,y)；

步骤A2：利用改进三角形识别算法对提取到的恒星质心坐标进行识别，确定其在天球坐标系下的赤经α和赤纬β。

步骤B具体包括以下步骤：

步骤B1：将星敏感器在天球坐标系下的三轴角速度ω转化为星敏感器像面坐标系下的二维角速度V。通过坐标变换，建立星敏感器三轴角速度ω与恒星的实际成像位置(x,y)及其在像面中的运动速度V之间的数学模型即为恒星成像速度模型；

某颗恒星在星敏感器坐标系下的矢量为W，在t时刻，该恒星在星敏感器坐标系下的矢量映像用符号表示为W(t)，用矢量坐标表示为(X_c,Y_c,Z_c)，设该恒星对应在星敏感器像平面的坐标P点为(x,y)，通过坐标转换，有：

其中，f表示星敏感器光学镜头焦距；

星点沿像面x轴与y轴方向的两个速度分量分别为V_x、V_y，上述两个速度分量可以通过极短的时间内星点轨迹微分得到，即：

该恒星在天球坐标系下的矢量映像可表示为υ：

其中，(α,β)为该星点在天球坐标系下的位置坐标；

由天球坐标系到星敏感器坐标系的旋转矩阵即星敏感器的姿态矩阵记为A_sc，则有：

W(t)＝A_sc·υ 式五

在星敏感器坐标系下，星敏感器的转动仅仅是由于自身运动造成的，与其他坐标系无关，因为恒星本身在惯性系中不运动。因此，忽略平移分量，设星敏感器三轴角速度为ω＝[ω_x,ω_y,ω_z]^T，将式五两边对时间t求导，得：

其中，

将W(t)的矢量坐标(X_c,Y_c,Z_c)代入式六，进而求得：

将式一、式二、式七代入式三，可得到卷帘曝光模式下星点沿像面x轴与像面y轴的速度为：

步骤B2：结合星敏感器在卷帘曝光模式下成像芯片行间延迟的特点及恒星在像面的成像轨迹，确定恒星沿x与y轴的位置畸变量H及D与恒星实际成像位置(x,y)及像面中的运动速度V之间的数学模型即为恒星成像畸变模型；

我们知道星敏感器卷帘曝光模式下，成像芯片在曝光积分过程中行与行之间存在时间延迟，若目标不存在运动，则最终成像与全局曝光相同，保留了目标物的所有特征，若目标存在运动，由于行间时间延迟会使得目标物发生畸变，影响成像质量；

图2为星敏感器卷帘曝光模式下星点在像面产生的光斑随星敏感器转动而发生畸变的过程示意图。首先，卷帘曝光模式下像面按行进行积分，因此定义像面的积分速度为V_s，其大小等于行读出时间t_rd的倒数，单位是像素每毫秒。星点沿像面x轴与y轴方向的两个速度分量分别为V_x、V_y。若无卷帘效应，设星点在像面的成像光斑中某像素点位置为(x_s,y_s)，其中，x_s表示列数，y_s表示行数，单位为像素。设成像星点光斑弥散半径为3ρ，为方便说明误差，依据成像芯片对光斑的敏感极限值将起始点取为星点成像光斑所在区域的第一行，由于该行距离像面首行有一定距离，因此，像面在积分过程中光斑因存在沿像面两轴方向的速度会继续向右下方运动，由于扫描速度远大于光斑在像面的运动速度，因此在t₁时刻，该星点所在行被积分即该行在像面成像，此时称为第一阶段，相较于全局曝光模式下产生的两轴方向的误差分别记为ΔD₁、ΔH₁；随着成像芯片逐行曝光的继续推进，拖尾光斑开始被逐行积分成像，且产生拉伸，直至t₂时刻被全部成像，此时称为第二阶段，在该过程产生的误差分别为ΔD₂、ΔH₂，因此，沿像面x轴与y轴方向的误差分别如式九、式十所示：

步骤C具体包括以下步骤：

设定行读出时间即行间间隔时间为t_rd，依据卷帘曝光下星点的成像特点，以像面第一行为基准，将两颗恒星统一至相同时刻。假定星敏感器有沿像面y轴方向的速度V_y，计算当前像面中i颗恒星成像时刻与前述统一时刻之间的距离记为H_i。利用星点实际成像位置与理想成像位置之间的变化关系，有：

依据理想成像位置与实际成像位置的关系，可以得到i颗恒星统一至相同时刻，即：

y′_i＝y_i-H_i 式十二。

步骤D具体包括以下步骤：

步骤D1：基于针孔成像模型，利用其中两颗恒星在像面的理想成像位置(x′_i,y′_i)、(x′_j,y′_j)得到星敏感器坐标系的矢量W_i、W_j，从而得到恒星在星敏感器坐标系下的恒星间角距θ＜W_i,W_j＞；

恒星i在星敏感器坐标系下的矢量W_i通过其在像面的成像位置求得，即：

同理可得恒星j在星敏感器坐标系下的矢量W_j，从而得到恒星在星敏感器坐标系下的恒星间角距θ＜W_i,W_j＞：

步骤D2：利用恒星天球坐标系下的赤经α和赤纬β计算得到恒星在天球坐标系下的真实角距θ＜υ_i,υ_j＞；

步骤D3：已经统一至相同时刻的恒星星间角距θ＜W_i,W_j＞与对应天球坐标系下的恒星星间角距θ＜υ_i,υ_j＞建立对等数学关系，即为：θ＜υ_i,υ_j＞＝θ＜W_i,W_j＞。

步骤E具体包括以下步骤：

将上述星点的理想成像位置(x′₁,y′₁)、(x′₂,y′₂).......(x′_i,y′_i)带入式八，可以看出星敏感器角速度包括三个方向，将各参数带入后能够得到2i个方程，如式十六所示：

进而，通过式十六利用最小二乘法令像面速度残差r＝Mω-B的平方和最小来解超定方程组得到三轴角速度，即令：

通过求解最优角速度ω，从而得到沿像面y轴方向的最优速度V_yi，以及沿像面y轴方向由于卷帘效应造成的误差H_i，反向补偿星点位置误差进而降低其星间角距误差，提高星敏感器识别效率及后续姿态解算精度。

实施例1

如图1-6所示，一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法，先进行质心提取，得到星点的赤经、赤纬坐标，随后估计得到像面中各恒星的坐标位置畸变量，而后利用最小二乘法计算当前角速度的最优值；结合星点在像面的运动速度及其坐标位置对其误差进行计算从而反向补偿卷帘畸变，最终得到补偿后的质心位置，具体包括以下步骤：

步骤A：对单帧星图中的恒星进行质心提取及星图识别；

步骤B：建立星敏感器卷帘曝光模式下恒星成像速度模型及恒星成像畸变模型；

步骤C：结合恒星实际成像位置及位置的畸变量，将在像面成像的恒星统一至相同时刻，将该时刻恒星在像面的位置称为理想成像位置(x',y')；

步骤D：星敏感器对恒星成像过程中角距不变，构建限定方程；

步骤E：将单帧星图中识别到的多对恒星带入所建恒星成像速度模型及恒星成像畸变模型，结合角距不变原理，通过最小二乘法求解超定方程组，估计最优角速度，求解卷帘畸变并反向补偿恒星在像面的成像误差。

步骤A中，将星敏感器x轴角速度设定为0.3°/s，仿真生成200帧星图，并在其中加入标准差为0.05pixels的高斯噪声。利用质心定位方法，提取星图中的质心并随机选取6颗星作为当前速度下的质心位置的测量值。利用改进三角形星图识别算法识别得到以上星点的赤经、赤纬坐标；

所用星敏感器仿真参数：焦距f：13.65mm，像素阵列：1280×960，视场：20°×15°，像素大小：3.75μm×3.75μm，主点：640×480。

角速度估计结果如图3所示。为衡量该算法的补偿效果在相同条件下仿真生成同等数量的全局曝光模式下星图作为参考星图，提取星点位置取平均值为参考质心位置。利用补偿前的质心位置测量值及全局曝光模式下的参考质心位置，分别计算补偿前各个星点的角距值及其真实角距值。通过两者作差得到补偿前的角距误差，即卷帘曝光模式下对星点造成的角距误差，误差统计图如图4中灰色曲线所示(校正前)。同理，分别计算利用补偿后的质心位置及参考质心位置分别计算补偿后各个星点的角距值及其真实角距值，通过两者作差得到补偿后的角距误差，即该方法的补偿精度，计算结果如图4黑色曲线所示(校正后)。

从图2可以看出，角速度为0.3°/s的条件下，三轴误差均不超过0.021°/s。同时，图4表明利用该方法对卷帘畸变进行校正后，星间角距误差校正前后效果明显，由原来的平均0.0098°降至了0.00103°以内。

分析不同角速度下本发明所提方法的有效性。星敏感器角速度由0.5°/s起，依次设置为1°/s，2°/s及3°/s，并分别加入均值为0方差0.05至0.1像素不等的星点位置噪声误差以更好地模拟真实星点分布情况，按本发明提出的卷帘校正方法进行重复试验。得到如图5所示角速度估计误差分布图及图6所示不同角速度下补偿前后星间角距误差分布图，其中为了方便对比将补偿后的误差的5倍大小用黑色曲线表示。

图5中结果表明角速度分别为0.5°/s、1°/s、2°/s及3°/s时，其估计误差的均方根误差分别为0.0094°/s、0.0102°/s、0.013°/s及0.016°/s。此外，图6中结果表明，在角速度为0.5°/s～2°/s时补偿后的平均角距误差均不超过0.0016°，角速度为3°/s时，校正后的星间角距的平均误差也仅为0.0024°，灰色曲线表示校正前，黑色曲线表示校正后。因此，本发明所提出的方法利用单帧中多颗恒星有效地实现了对卷帘效应所产生的星间角距误差的补偿。

未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：对单帧星图中的恒星进行质心提取及星图识别；

步骤B：建立星敏感器卷帘曝光模式下恒星成像速度模型及恒星成像畸变模型；

步骤C：结合恒星实际成像位置及位置的畸变量，将在像面成像的恒星统一至相同时刻；

步骤D：星敏感器对恒星成像过程中角距不变，构建限定方程；

步骤E：将单帧星图中识别到的多对恒星带入所建恒星成像速度模型及恒星成像畸变模型，结合角距不变原理，通过最小二乘法求解超定方程组，估计最优角速度，求解卷帘畸变并反向补偿恒星在像面的成像误差；

所述步骤B具体包括以下步骤：

步骤B1：将星敏感器在天球坐标系下的三轴角速度ω转化为星敏感器像面坐标系下的二维角速度V，通过坐标变换，建立星敏感器三轴角速度ω与恒星的实际成像位置(x,y)及其在像面中的运动速度V之间的数学模型，得到恒星成像速度模型；

步骤B2：结合星敏感器在卷帘曝光模式下成像芯片行间延迟的特点及恒星在像面的成像轨迹，确定恒星沿x与y轴的位置畸变量H及D与恒星实际成像位置(x,y)及像面中的运动速度V之间的数学模型，得到恒星成像畸变模型；

所述步骤D具体包括以下步骤：

步骤D1：基于针孔成像模型，利用其中两颗恒星在像面的理想成像位置(x′_i,y′_i)、(x'_j,y'_j)得到星敏感器坐标系的矢量W_i、W_j，从而得到恒星在星敏感器坐标系下的恒星间角距θ＜W_i,W_j＞；

步骤D2：利用恒星天球坐标系下的赤经α和赤纬β计算得到恒星在天球坐标系下的真实角距θ＜υ_i,υ_j＞：

步骤D3：已经统一至相同时刻的恒星星间角距θ＜W_i,W_j＞与对应天球坐标系下的恒星星间角距θ＜υ_i,υ_j＞建立对等数学关系，得到θ＜υ_i,υ_j＞＝θ＜W_i,W_j＞。

2.根据权利要求1所述的一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法，其特征在于，所述步骤A具体包括以下步骤：

步骤A1：利用质心法提取单帧星图中的恒星质心坐标得到实际成像位置(x,y)；

步骤A2：利用改进三角形识别算法对提取到的恒星质心坐标进行识别，确定其在天球坐标系下的赤经α和赤纬β。

3.根据权利要求1所述的一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法，其特征在于，所述步骤B1具体包括以下步骤：

某颗恒星在星敏感器坐标系下的矢量为W，在t时刻，该恒星在星敏感器坐标系下的矢量映像用符号表示为W(t)，用矢量坐标表示为(X_c,Y_c,Z_c)，设该恒星对应在星敏感器像平面的坐标P点为(x,y)，通过坐标转换，有：

其中，f表示星敏感器光学镜头焦距；

星点沿像面x轴与y轴方向的两个速度分量分别为V_x、V_y，上述两个速度分量可以通过极短的时间内星点轨迹微分得到，即：

该恒星在天球坐标系下的矢量映像可表示为υ：

其中，(α,β)为该星点在天球坐标系下的位置坐标；

由天球坐标系到星敏感器坐标系的旋转矩阵即星敏感器的姿态矩阵记为A_sc，则有：

W(t)＝A_sc·υ 式五

在星敏感器坐标系下，星敏感器的转动仅仅是由于自身运动造成的，与其他坐标系无关，故忽略平移分量，设星敏感器三轴角速度为ω＝[ω_x,ω_y,ω_z]^T，将式五两边对时间t求导，得：

其中，

将W(t)的矢量坐标(X_c,Y_c,Z_c)代入式六，进而求得：

将式一、式二、式七代入式三，可得到卷帘曝光模式下星点沿像面x轴与像面y轴的速度为：

4.根据权利要求1所述的一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法，其特征在于，所述步骤B2具体包括以下步骤：

星敏感器卷帘曝光模式下像面按行进行积分，定义像面的积分速度为V_s，其大小等于行读出时间t_rd的倒数；星点沿像面x轴与y轴方向的两个速度分量分别为V_x、V_y；若无卷帘效应，设星点在像面的成像光斑中某像素点位置为(x_s,y_s)，其中，x_s表示列数，y_s表示行数；设成像星点光斑弥散半径为3ρ，依据成像芯片对光斑的敏感极限值将起始点取为星点成像光斑所在区域的第一行，由于该行距离像面首行有一定距离，因此，像面在积分过程中光斑因存在沿像面两轴方向的速度会继续向右下方运动，由于扫描速度远大于光斑在像面的运动速度，因此在t₁时刻，该星点所在行被积分即该行在像面成像，此时称为第一阶段，相较于全局曝光模式下产生的两轴方向的误差分别记为ΔD₁、ΔH₁；随着成像芯片逐行曝光的继续推进，拖尾光斑开始被逐行积分成像，且产生拉伸，直至t₂时刻被全部成像，此时称为第二阶段，在该过程产生的误差分别为ΔD₂、ΔH₂，因此，沿像面x轴与y轴方向的误差分别如式九、式十所示：

5.根据权利要求1所述的一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法，其特征在于，所述步骤C具体包括以下步骤：

设定行读出时间为t_rd，依据卷帘曝光下星点的成像特点，以像面第一行为基准，将两颗恒星统一至相同时刻；假定星敏感器有沿像面y轴方向的速度V_y，计算当前像面中i颗恒星成像时刻与前述统一时刻之间的距离记为H_i；利用星点实际成像位置与理想成像位置之间的变化关系，有：

依据理想成像位置与实际成像位置的关系得到i颗恒星统一至相同时刻，即：

y′_i＝y_i-H_i 式十二。

6.根据权利要求1所述的一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法，其特征在于，所述步骤D1中，恒星i在星敏感器坐标系下的矢量W_i通过其在像面的成像位置求得，即：

同理可得恒星j在星敏感器坐标系下的矢量W_j，从而得到恒星在星敏感器坐标系下的恒星间角距θ＜W_i,W_j＞：

7.根据权利要求1所述的一种基于单帧星图角速度估计的卷帘畸变校正方法，其特征在于，所述步骤E具体包括以下步骤：

将星点的理想成像位置(x′₁,y′₁)、(x'₂,y'₂).......(x′_i,y′_i)带入式八，将各参数带入后能够得到2i个方程，如式十六所示：

进而，通过式十五利用最小二乘法令像面速度残差r＝Mω-B的平方和最小来解超定方程组得到三轴角速度，即令：

通过求解最优角速度ω，从而得到沿像面y轴方向的最优速度V_yi，以及沿像面y轴方向由于卷帘效应造成的误差H_i，反向补偿星点位置误差进而降低其星间角距误差，提高星敏感器识别效率及后续姿态解算精度。