一種組合視場導(dǎo)航敏感器地心方向提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像信息處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航天技術(shù)的發(fā)展，對衛(wèi)星自主導(dǎo)航能力提出了迫切需求。衛(wèi)星自主天文導(dǎo)航 系統(tǒng)是基于慣性系下的地屯、方向矢量的觀測量實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)地屯、方向矢量的高精度測 量，設(shè)計(jì)了組合視場的導(dǎo)航敏感器，其視場包括中屯、視場和環(huán)形視場，中屯、視場對地球進(jìn)行 成像測量，環(huán)形視場對恒星進(jìn)行觀測，實(shí)現(xiàn)對不同天體目標(biāo)的同光學(xué)系統(tǒng)、共探測器成像。
[0003] 組合視場導(dǎo)航敏感器在同一像面上獲得地球圓盤圖像和恒星星點(diǎn)圖像，傳統(tǒng)處理 方法是分別對地球圓盤圖像和恒星星點(diǎn)圖像進(jìn)行處理。通過地球圓盤圖像處理，給出敏感 器坐標(biāo)系下的地屯、方向矢量；通過恒星星點(diǎn)圖像處理，給出敏感器坐標(biāo)系到慣性系的坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換矩陣，再利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣將地屯、方向矢量由敏感器坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到慣性系。傳統(tǒng)處理 方法中敏感器坐標(biāo)系到慣性系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣的計(jì)算精度比較低。衛(wèi)星自主天文導(dǎo)航系統(tǒng) 通常采用慣性系中的地屯、方向矢量作為測量數(shù)據(jù)，為便于導(dǎo)航系統(tǒng)使用，并避免地屯、方向 矢量坐標(biāo)變換帶來的精度損失，提出了一種組合視場敏感器地屯、方向直接提取算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是；克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，利用組合視場導(dǎo)航敏感器對 多個(gè)天體目標(biāo)的成像測量，直接計(jì)算自主導(dǎo)航系統(tǒng)需要的慣性系中的地屯、方向矢量，避免 地屯、方向矢量的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，提高地屯、方向確定精度。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是；一種組合視場導(dǎo)航敏感器地屯、方向提取方法，步驟如 下：
[0006] 第一步，對組合視場導(dǎo)航敏感器拍攝的地球圖像進(jìn)行自動(dòng)闊值計(jì)算，通過闊值將 圖像分割為二值圖像；通過區(qū)域捜索的方法確定二值圖像中地球的邊緣；對邊緣點(diǎn)進(jìn)行圓 中屯、的擬合，求得地屯、像素坐標(biāo)；
[0007] 第二步，在組合視場導(dǎo)航敏感器拍攝的星點(diǎn)圖像中確定采樣點(diǎn)集，根據(jù)采樣點(diǎn)集 的灰度確定星點(diǎn)灰度闊值，并按照此闊值進(jìn)行星點(diǎn)提取，計(jì)算星點(diǎn)像素坐標(biāo)，并進(jìn)行恒星識 另IJ，最終得到識別出的恒星像素坐標(biāo)和恒星慣性空間指向信息；
[000引第S步，利用W上兩步計(jì)算出的地屯、像素坐標(biāo)和恒星像素坐標(biāo)，計(jì)算在敏感器坐 標(biāo)系下的地屯、方向矢量與恒星方向矢量，再根據(jù)得到的恒星慣性空間指向信息，采用最小 二乘算法計(jì)算出慣性系中的地屯、方向矢量。
[0009] 所述第一步中計(jì)算的過程為：
[0010] (1)采用典型自動(dòng)闊值計(jì)算方法得到闊值，通過闊值對圖像進(jìn)行二值分割，大于闊 值的像素標(biāo)稱值賦為1，小于闊值的像素標(biāo)稱值賦為0 ;
[0011] (2)采用區(qū)域捜索法得到二值圖像中的邊緣；
[0012] 假設(shè)輸入的二值圖像為f (X，y), X = 1，2, . . .，M, y = 1，2, . . .，N，圖像的大小為 MX N，取一個(gè)窗口 nip X rip (3《mp<M/2，3《rip<N/2)，在圖像f (X，y)上遍歷，若當(dāng)前窗口內(nèi)為 1的像素個(gè)數(shù)大于mpXnp/2,則認(rèn)為該窗口中按照橫向方向發(fā)生0-1或者1-0跳變的點(diǎn)是邊 緣點(diǎn)；
[001引 做對步驟似確定的邊緣點(diǎn)進(jìn)行圓中屯、的擬合，得到地球的地屯、像素坐標(biāo)。
[0014] 所述的第=步具體實(shí)現(xiàn)為：
[0015] (1)根據(jù)第一步和第二步的計(jì)算結(jié)果計(jì)算地球中屯、和恒星在敏感器坐標(biāo)系下的方 向矢量；假設(shè)像素坐標(biāo)為（U，V)，采用W下公式計(jì)算方向矢量：
[0016]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種組合視場導(dǎo)航敏感器地心方向提取方法，其特征在于步驟如下： 第一步，對組合視場導(dǎo)航敏感器拍攝的地球圖像進(jìn)行自動(dòng)閾值計(jì)算，通過閾值將圖像 分割為二值圖像；通過區(qū)域搜索的方法確定二值圖像中地球的邊緣；對邊緣點(diǎn)進(jìn)行圓中心 的擬合，求得地心像素坐標(biāo)； 第二步，在組合視場導(dǎo)航敏感器拍攝的星點(diǎn)圖像中確定采樣點(diǎn)集，根據(jù)采樣點(diǎn)集的灰 度確定星點(diǎn)灰度閾值，并按照此閾值進(jìn)行星點(diǎn)提取，計(jì)算星點(diǎn)像素坐標(biāo)，并進(jìn)行恒星識別， 最終得到識別出的恒星像素坐標(biāo)和恒星慣性空間指向信息； 第三步，利用以上兩步計(jì)算出的地心像素坐標(biāo)和恒星像素坐標(biāo)，計(jì)算在敏感器坐標(biāo)系 下的地心方向矢量與恒星方向矢量，再根據(jù)得到的恒星慣性空間指向信息，采用最小二乘 算法計(jì)算出慣性系中的地心方向矢量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合視場導(dǎo)航敏感器地心方向提取方法，其特征在于： 所述第一步中計(jì)算的過程為： (1) 采用典型自動(dòng)閾值計(jì)算方法得到閾值，通過閾值對圖像進(jìn)行二值分割，大于閾值的 像素標(biāo)稱值賦為1，小于閾值的像素標(biāo)稱值賦為〇 ; (2) 采用區(qū)域搜索法得到二值圖像中的邊緣； 假設(shè)輸入的二值圖像為f(x，y)，x=l，2，...，M，y= 1，2，...，N，圖像的大小為MXN， 取一個(gè)窗口mpXnp(3彡mp〈M/2,3彡np〈N/2)，在圖像f(X，y)上遍歷，若當(dāng)前窗口內(nèi)為1的 像素個(gè)數(shù)大于mpXnp/2,則認(rèn)為該窗口中按照橫向方向發(fā)生0-1或者1-0跳變的點(diǎn)是邊緣 占. (3) 對步驟（2)確定的邊緣點(diǎn)進(jìn)行圓中心的擬合，得到地球的地心像素坐標(biāo)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合視場導(dǎo)航敏感器地心方向提取方法，其特征在于： 所述的第三步具體實(shí)現(xiàn)為： (1) 根據(jù)第一步和第二步的計(jì)算結(jié)果計(jì)算地球中心和恒星在敏感器坐標(biāo)系下的方向矢 量；假設(shè)像素坐標(biāo)為（u，v)，采用以下公式計(jì)算方向矢量：
其中dx，dy表示像元的橫向和縱向尺寸，f表示組合視場導(dǎo)航敏感器的焦距，均為已知 量； 即將通過恒星識別得到的n顆恒星的恒星像素坐標(biāo)分別代入上述公式得到n個(gè)恒星方 向矢量Si,SfSn;將地心像素坐標(biāo)代入上述公式得到地心方向矢量E; (2) 采用最小二乘法計(jì)算地心在慣性系下的指向：
其中，Sn，SI2…SIn為恒星慣性空間指向信息。
【專利摘要】一種組合視場導(dǎo)航敏感器地心方向提取方法，包括以下步驟：對敏感器拍攝的地球圖像進(jìn)行自動(dòng)閾值計(jì)算，通過閾值將圖像分割為二值圖像。通過區(qū)域搜索的方法確定二值圖像中地球的邊緣。對邊緣點(diǎn)進(jìn)行圓中心和半徑的擬合，求得地心像素坐標(biāo)；對敏感器拍攝的星點(diǎn)圖像進(jìn)行星點(diǎn)提取，根據(jù)采樣點(diǎn)集的灰度確定星點(diǎn)灰度閾值，并按照此閾值進(jìn)行星點(diǎn)提取，對滿足要求的星點(diǎn)進(jìn)行保留。然后采用質(zhì)心算法計(jì)算星點(diǎn)質(zhì)心坐標(biāo)，并按照典型的星圖識別方法進(jìn)行恒星識別，以此得到星點(diǎn)像素坐標(biāo)和恒星慣性空間指向信息；利用上兩步計(jì)算出的地心和恒星像素坐標(biāo)，計(jì)算地心方向與恒星方向在敏感器坐標(biāo)系下的矢量，再根據(jù)通過星圖識別得到的恒星慣性空間指向，采用最小二乘算法計(jì)算出慣性系中的地心方向矢量。
【IPC分類】G01C21-20
【公開號】CN104567879
【申請?zhí)枴緾N201510041030
【發(fā)明人】魏春嶺, 王立, 熊凱, 毛曉艷, 龔德鑄
【申請人】北京控制工程研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月27日