一種小行星導航敏感器星間角距的方法
2023-06-05 16:39:31 1
專利名稱：一種小行星導航敏感器星間角距的方法
技術領域：
本發明屬於一種角距計算方法，具體涉及一種小行星導航敏感器星間角距計算方 法。
背景技術：
小行星是深空探測巡航段主要的參考目標，美國深空一號、深空撞擊等任務均使 用了小行星敏感器作為自主導航的關鍵設備。小行星導航敏感器的圖像由於曝光時間長、 平臺運動而產生出特殊效果與傳統恆星成像存在很大差異形成「星軌跡」圖，傳統的利用質 心算法確定星心的方法不再適用。星圖識別最關鍵的結構元素為角距，因此如何確定恆星間的角距成為難點，在深 空-1的項目中美國人提出了 「交互相關」的算法[文獻2]，使用多個節點進行交互匹配得 到角距，但是這種方法在實現中首先需要進行目標的節點(軌跡特徵點)選擇，在複雜的 成像情況下例如圓弧目標圖案或其他曲線目標圖，此時星軌跡之間有效的節點選擇較為困 難，當節點選擇出現問題時交互相關法無法應用，因此需要有效性與適用性更強的新算法。文獻情況文獻1提及小行星導航敏感器的標定技術與相關匹配，但是沒有公布 公式與計算；文獻2是一種相關匹配算法，它是基於節點的實現，這與本算法整體匹配技術 存在差異。相關文獻[ UJurgen OBERST, Barbel BRINKMANN, Bernd GIESE, GEOMETRICCALI BRAT ION OFTHE MICAS CCD SENSOR，IAPRS, Vol. XXXIII, Amsterdam, 2000[2] R. M. Vaughan , J. E. Ri ede 1 , R.P.Davis， W. Owen , and S. P. Synnott,，，OpticalNavigation for the Galileo Gaspra Encounter，，，AIAA Paper 92-4522, AIAA/AASAstrodynamics Conference, Hilton Head, South Carolina, August, 1992。
發明內容
本發明的目的是提供一種小行星導航敏感器星間角距的方法，它能夠克服已有算 法受限於節點選擇的問題，解決了小行星導航敏感器星間角距高精度、高魯棒性計算。本發明是這樣實現的，一種小行星導航敏感器星間角距的方法，它包括以下步驟，1)星圖預處理；2)星軌跡目標分割；3)星軌跡模板窗口選擇；4)內差窗口相關匹配；5) 二維相關係數最值擬合；6)亞像素角距計算。其中步驟1)根據輸入的星圖進行背景灰度統計得到目標閾值。
其中步驟2)根據目標閾值將圖像分割為目標區與背景區，然後將目標區點進行 連接判斷形成目標窗口，並記下窗口尺寸寬W長L，分割標記辦法為
權利要求
1.一種小行星導航敏感器星間角距的方法，其特徵在於它包括以下步驟，1)星圖預處理；2)星軌跡目標分割；3)星軌跡模板窗口選擇；4)內差窗口相關匹配；5)二維相關係數最值擬合；6)亞像素角距計算。
2.如權利要求1所述的一種小行星導航敏感器星間角距的方法，其特徵在於其中步 驟1)根據輸入的星圖進行背景灰度統計得到目標閾值。
3.如權利要求1所述的一種小行星導航敏感器星間角距的方法，其特徵在於其中步 驟2)根據目標閾值將圖像分割為目標區與背景區，然後將目標區點進行連接判斷形成目 標窗口，並記下窗口尺寸寬W長L，分割標記辦法為
4.如權利要求1所述的一種小行星導航敏感器星間角距的方法，其特徵在於其中步 驟3)針對目標窗口，在原圖像下進行大小排布與亮度排布，得到位於窗口大小的中心值寬 W、長L，按照尺寸倍數首先進行星軌跡模板窗口選擇
5.如權利要求1所述的一種小行星導航敏感器星間角距的方法，其特徵在於其中步 驟4)匹配方法選擇相關係數法，首先在「金字塔算法」基礎上進行粗匹配得到窗口匹配位 置中心坐標(Xc，Yc)，具體操作是通過像素4合1得到簡化模板和簡化圖像，快速匹配得到 最大相關係數對應的(X。，Y。)，然後在粗坐標基礎上進行附近坐標的細搜索匹配，得到匹配 坐標位置(XyYi)以及相應的相關係數P (Xi, Yi),最大相關係數對應坐標記(xM，u。相關係數是標準化的協方差函數，協方差函數除以兩信號的方差即得相關係數，g(x, y)與g' (χ' ,ι')是對應像點灰度值，相關係數定義為
6.如權利要求1所述的一種小行星導航敏感器星間角距的方法，其特徵在於其中步 驟5)根據匹配得到的最優位置以及周圍位置的相關係數，進行按照高斯函數進行二維函 數擬合得到中心點。擬合方程可選擇二維高斯函數(X-Xz)2MY-Y1)2ρ — a-e h上面4個未知數(a，b，Xz，Yz)，其中(Xz, Yz)是最優的匹配窗口位置。
7.如權利要求1所述的一種小行星導航敏感器星間角距的方法，其特徵在於其中步 驟6)根據擬合的中心點坐標( ，Yz)和初始坐標0(Q，YQ)計算兩點之間的角距。
全文摘要
本發明屬於一種角距計算方法，具體涉及一種確定小行星導航敏感器星間角距的方法。一種確定小行星導航敏感器星間角距的方法，它包括以下步驟，1)星圖預處理；2)星軌跡目標分割；3)星軌跡模板選擇；4)內差窗口相關匹配；5)二維相關係數最值擬合；6)亞像素角距計算。本發明的優點是，本發明屬於整體性目標幾何匹配，可適應於各種不同的星軌跡角距計算，具有很強的魯棒性與可實施性。它克服了已有算法的節點選擇有效性問題，可以應用於各種類型的「軌跡」計算，不僅對於小行星導航敏感器，而且對於高動態的恆星敏感器也同樣實用，因此具有較強的實用性。
文檔編號G01C21/24GK102116632SQ20091021698
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者毛曉燕, 王立, 黃翔宇, 龔德鑄 申請人:北京控制工程研究所