[發明專利]基于點擴散函數波前修正的星點像質心計算方法

有效

• 申請號: 201510272682.6
• 申請日: 2015-05-25
• 公開（公告）號: CN105023281B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 李海濤;李保權;曹陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: G06T7/60
• 分類號: G06T7/60
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,呂愛霞

技術領域

本發明涉及天文學和空間技術領域，特別涉及一種基于點擴散函數波前修正的星點像質心計算方法。

背景技術

天體測量通過測量天體在天球上的坐標來測量天體的位置、自行和視差，其對天文學和天體物理具有基礎意義，也是大地測量、地面定位和導航的基礎。星敏感器是天文導航系統中的關鍵儀器設備，可以為航天器姿態控制提供高精度的數據。它是通過測量恒星在星敏感器坐標系和地心坐標系的變換關系輸出航天器三軸姿態。星點像的質心定位精度直接決定天體位置測量精度和航天器姿態測量精度。

當前，在天體測量領域和星敏感器領域，質心定位多采用直接計算重心方法者解析函數擬合等方法。直接計算重心法具有計算量小、計算速度快、容易操作等優點，但同樣也具有測量精度低的缺陷。解析函數擬合方法人為地對點擴散函數的形狀進行了假設，導致最終的測量精度很難再進一步提高。因此，如何既能加快計算速度，又能考慮點擴散函數的實際形狀，成為業內人士改進質心定位方法的目標。

發明內容

本發明的目的在于克服已有的質心定位方法測量精度低的缺陷，從而提供一種能有效提高精度的質心定位方法。

為了實現上述目的，本發明提供了一種基于點擴散函數波前修正的星點像質心計算方法，包括：

步驟101、采集多幀星圖；

步驟102、在所述星圖中，找到每顆星點像峰值所在像素，并以星點像峰值所在像素為中心選擇一個矩形區域，這個矩形區域包括星點像絕大部分能量，這個區域由測量精度需求決定，矩形區域行列像素數為奇數；

步驟103、在步驟102所得到的每顆星點像所在的矩形區域內，用光子權重平均的方法計算每顆星點像的k階矩；

步驟104、根據步驟103所得到的k階矩以及一個與所述k階矩與峰值像素坐標的差成正比的偏差，得到星點像的真實質心坐標。

上述技術方案中，在步驟101中，還包括對所采集的多幀星圖進行預處理，所述預處理包括扣除暗噪聲、本底噪聲，并進行平場修正。

上述技術方案中，在步驟101中，所采集的星圖為真實星圖，或在實驗室利用光學成像模擬的星圖。

上述技術方案中，在步驟103中，用光子權重平均的方法計算每顆星點像的k階矩的計算公式如下：

其中，k為自然數，(r_g，c_g)為光子權重平均計算出的k階矩，r表示行，c表示列；探測器陣列為m×n，(i，j)為像素陣列的行列指標，I_ij為第i行、第j列的灰度值。

上述技術方案中，在步驟104中，星點像的真實質心坐標采用如下公式計算得到：

其中，l，N為自然數，(r_a，c_a)為光子權重平均修正后計算出的真實質心坐標，(k_rl，k_cl)為行列方向的波前修正因子，(p_r，p_c)為行列方向的峰值像素坐標。

上述技術方案中，在步驟104中，通過最小二乘擬合得到星點像的真實質心坐標，具體包括：

步驟104-1、由所采集的星圖生成如下函數矢量：

其中，

mRG_il＝(RG_i-PR_i)^l，

mCG_il＝(CG_i-kPC_i)^l，

其中，l，N為自然數，所采集的星圖有M幀，每幀星圖上有N個星點像；(RA_i,CA_i)為第i顆星點像的真實質心坐標，(RG_i,CG_i)為第i顆星點像的k階矩，(kR_il,kC_il)為第i顆星點像的波前修正因子，(mRG_il,mCG_il)為第i顆星點像的光子權重平均k階矩與峰值像素坐標的差；(dRA_i,dCA_i)為第i顆星點像所在幀圖像相對于第一幀圖像的平移，旋轉矩陣R_i為第i顆星點像所在幀圖像相對于第一幀圖像的旋轉矩陣；其中旋轉矩陣R_i為

θ_i為一幀圖像相對于第一幀圖像的旋轉角度；