[發(fā)明專利]中高軌星座星間照相觀測(cè)敏感器及其星間角距測(cè)量算法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510418315.2
• 申請(qǐng)日: 2015-07-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104977000A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉宗明;韓飛;譚龍玉;袁馳;梁彥;曹姝清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海新躍儀表廠
• 主分類號(hào): G01C21/02
• 分類號(hào): G01C21/02
• 代理公司: 上海信好專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31249
• 代理人: 徐雯瓊;包姝晴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種中高軌星座星間照相觀測(cè)敏感器，以及利用該敏感器實(shí)現(xiàn)的星間角距測(cè)量算法。

背景技術(shù)

為保障在地面站布設(shè)受限的情況下，導(dǎo)航星座仍然能穩(wěn)定連續(xù)的提供導(dǎo)航信息，導(dǎo)航星座必須具備較長(zhǎng)時(shí)間的自主運(yùn)行能力。星座衛(wèi)星自主定軌是星座自主運(yùn)行的前提，但傳統(tǒng)的采用星間測(cè)距進(jìn)行星座衛(wèi)星自主定軌時(shí)，由于沒(méi)有外部基準(zhǔn)，因而會(huì)帶來(lái)不可測(cè)的問(wèn)題。

基于角距信息對(duì)星座整體旋轉(zhuǎn)是可觀的，在星間測(cè)距的基礎(chǔ)上增加星間測(cè)向信息(角距信息)，可以準(zhǔn)確確定并消除星座整體旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的累積誤差影響。增加星間定向觀測(cè)信息后，在衛(wèi)星運(yùn)行自主性、星座整體旋轉(zhuǎn)可觀性等方面相較于其它手段具有明顯優(yōu)勢(shì)，可以有效的解決導(dǎo)航星座空間絕對(duì)定向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航星座的長(zhǎng)期高精度自主定軌，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航星座的長(zhǎng)期自主運(yùn)行。

基于上述，因此本發(fā)明提出一種中高軌星座星間照相觀測(cè)敏感器及其星間角距測(cè)量算法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種中高軌星座星間照相觀測(cè)敏感器及其星間角距測(cè)量算法，整體結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高，為現(xiàn)導(dǎo)航星座的長(zhǎng)期自主運(yùn)行提供精確的星間角距信息，準(zhǔn)確確定并消除星座整體旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的累積誤差影響，有效解決導(dǎo)航星座空間絕對(duì)定向及長(zhǎng)期高精度自主定軌。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種中高軌星座星間照相觀測(cè)敏感器，其包含：光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)目標(biāo)衛(wèi)星和視場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的背景恒星進(jìn)行觀測(cè)；成像單元，其設(shè)置在所述的光學(xué)系統(tǒng)的前端，接收光學(xué)系統(tǒng)的投射光線，對(duì)具有較弱光學(xué)特性的目標(biāo)衛(wèi)星和具有較強(qiáng)光學(xué)特性的背景恒星進(jìn)行成像；數(shù)據(jù)處理單元，其與所述的成像單元連接，接收成像單元得到的高質(zhì)量圖像信息，對(duì)目標(biāo)衛(wèi)星和背景恒星的星點(diǎn)質(zhì)心坐標(biāo)進(jìn)行提取，并通過(guò)三角形原理解算得到觀測(cè)衛(wèi)星到目標(biāo)衛(wèi)星的連線方向和觀測(cè)衛(wèi)星到背景恒星連線之間的角距。

所述的光學(xué)系統(tǒng)采用折反射式長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，通過(guò)二次折反，將目標(biāo)衛(wèi)星和背景恒星成像在成像單元上。

所述的光學(xué)系統(tǒng)包含：主鏡，為一次反射鏡，采用二次非球面鏡，并通過(guò)三點(diǎn)支撐方式固定；次鏡，為二次反射鏡，采用二次非球面鏡，設(shè)置在敏感器內(nèi)能接收并反射主鏡的反射光線的位置處；補(bǔ)償鏡，設(shè)置在敏感器內(nèi)能接收次鏡的反射光線的位置處。

所述的主鏡為回轉(zhuǎn)對(duì)稱二次非球面鏡；所述的次鏡為二次曲面凸面反射鏡；所述的補(bǔ)償鏡為凹凸透鏡的組合鏡。

所述的成像單元接收經(jīng)過(guò)補(bǔ)償鏡的投射光線，該成像單元采用CMOS探測(cè)器。

本發(fā)明還提供一種中高軌星座星間照相觀測(cè)敏感器的星間角距測(cè)量方法，包含以下步驟：

S1、將中高軌星座星間照相觀測(cè)敏感器安裝在觀測(cè)衛(wèi)星上，并利用光學(xué)系統(tǒng)1對(duì)目標(biāo)衛(wèi)星和視場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的背景恒星進(jìn)行觀測(cè)；

S2、成像單元對(duì)目標(biāo)衛(wèi)星和背景恒星進(jìn)行星空?qǐng)D像的成像，并對(duì)成像后的星空?qǐng)D像中的噪聲進(jìn)行濾波處理；

S3、數(shù)據(jù)處理單元對(duì)目標(biāo)衛(wèi)星與背景恒星進(jìn)行識(shí)別，完成目標(biāo)衛(wèi)星與背景恒星的星點(diǎn)質(zhì)心坐標(biāo)的提取；

S4、在提取到的目標(biāo)衛(wèi)星與背景恒星的星點(diǎn)質(zhì)心坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)三角形原理解算得到觀測(cè)衛(wèi)星到目標(biāo)衛(wèi)星的連線和觀測(cè)衛(wèi)星到背景恒星連線之間的角距。

所述的S2中，采用高斯濾波器對(duì)星空?qǐng)D像進(jìn)行濾波處理。

所述的S3中，具體包含以下步驟：

S31、將目標(biāo)衛(wèi)星或背景恒星的星體目標(biāo)與背景分離，通過(guò)星空?qǐng)D像閾值分割法實(shí)現(xiàn)；

S32、將目標(biāo)衛(wèi)星或背景恒星的某一單個(gè)星體目標(biāo)與其他星體目標(biāo)分離，通過(guò)星空?qǐng)D像連通域法實(shí)現(xiàn)，在經(jīng)過(guò)S31分割后的星空?qǐng)D像上使用連通域法，對(duì)目標(biāo)衛(wèi)星和背景恒星進(jìn)行識(shí)別；

S33、對(duì)目標(biāo)衛(wèi)星或背景恒星進(jìn)行星點(diǎn)質(zhì)心坐標(biāo)的計(jì)算。

所述的S32中，具體包含以下步驟：

S321、對(duì)二值化的星空?qǐng)D像進(jìn)行四連通判據(jù)分析，得到星體目標(biāo)的位置和其外接矩形；對(duì)連通分析后的星空?qǐng)D像進(jìn)行區(qū)域分割，使得每一個(gè)連通區(qū)域內(nèi)都存在一個(gè)星體目標(biāo)，從而得到連通域分割后的圖像L(x,y)；

S322、對(duì)目標(biāo)衛(wèi)星進(jìn)行識(shí)別，利用運(yùn)動(dòng)特性區(qū)分目標(biāo)衛(wèi)星與恒星，因目標(biāo)衛(wèi)星在連續(xù)幀的星空?qǐng)D像中保持靜止，從而通過(guò)比對(duì)連續(xù)幀的星空?qǐng)D像即可識(shí)別出目標(biāo)衛(wèi)星；

S323、對(duì)恒星進(jìn)行識(shí)別，采用三角形算法實(shí)現(xiàn)。

所述的S4中，將目標(biāo)衛(wèi)星或背景恒星的星點(diǎn)質(zhì)心坐標(biāo)對(duì)應(yīng)在觀測(cè)衛(wèi)星的成像平面坐標(biāo)系中，并根據(jù)三角幾何關(guān)系以及三角形余弦公式計(jì)算得到觀測(cè)衛(wèi)星到目標(biāo)衛(wèi)星的連線和觀測(cè)衛(wèi)星到背景恒星的連線之間的角距。