[發明專利]一種基于天文標定的多傳感器空間配準方法

有效

• 申請號: 201610844592.4
• 申請日: 2016-09-22
• 公開（公告）號: CN106595702B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 張廷華;孫華燕;樊桂花;李迎春;都琳;徐韜祜;王帥;朱建國;高宇軒
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝備學院
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗;仇蕾安

1.一種基于天文標定的多傳感器空間配準方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，光電測量設備中的所有傳感器同時拍攝同一個指定空域，獲得各自的觀測星圖以及觀測星圖中各星點的坐標；

步驟2，依據光電測量設備的觀測時間、觀測地點及指向，依據依巴谷星表獲取模擬星圖；

步驟3，針對各觀測星圖，在觀測星圖中選擇滿足如下條件的四邊形作為觀測四邊形：對角線交點位于觀測星圖中，且主對角線最長；計算所述觀測四邊形的對角線簡比和主對角線長度；所述主對角線為四邊形中較長的對角線；

步驟4，從模擬星圖中所有星點組成的各四邊形中，尋找滿足以下條件的四邊形作為各觀測星圖對應的比對四邊形：

(a)對角線交點位于星圖內；

(b)滿足公式：

其中，G為各觀測星圖中觀測四邊形四個頂點坐標組成的矩陣；H為模擬星圖中比對四邊形四個定點坐標組成的矩陣；λ₁為加權因子，0≤λ₁≤0.1；cross_i()為四邊形中第i條對角線的簡比，i＝1,2；dx()為主對角線的長度；

步驟5，針對各觀測星圖，比對步驟3獲得的觀測星圖中觀測四邊形和步驟4獲得的模擬星圖中比對四邊形，獲得兩個四邊形的中心點偏移、尺度縮放因子和旋轉矩陣，即獲得觀測星圖與模擬星圖之間的轉換關系；從而獲得觀測星圖對應的傳感器參數，即傳感器的等效焦距、縮放因子、主點偏移和旋轉矩陣；

步驟6，匹配所有星點：以觀測星圖的觀測四邊形主對角線上的兩顆星和觀測星圖中除觀測四邊形頂點以外的其他任意一顆星，構成一個3顆星坐標矩陣W；以模擬星圖的比對四邊形主對角線上的兩顆星和模擬星圖中除比對四邊形頂點以外其他任意一顆星，構成一個3顆星坐標矩陣V；當W和V滿足公式(2)則判定觀測星圖中的星和模擬星圖中的星為同一顆星，即完成觀測星圖與模擬星圖的星點匹配：

其中，式(2)的第一項表示觀測星圖和模擬星圖中星點坐標矩陣W、V的特征值誤差的絕對值之和，σ_wi,σ_vi分別為坐標矩陣W和坐標矩陣V的第i個奇異值；第二項表示將模擬星圖投影到觀測星圖星點的坐標偏差；λ₂為加權因子,0≤λ₂≤0.1；C為步驟5求取的旋轉矩陣；

步驟7，線性優化：以步驟5獲得的傳感器參數為初始值，以步驟6獲得的所有匹配星點為樣本，采用Levenberg-Marquardt優化算法對傳感器參數進行優化，其中優化采用的目標函數為：

其中，N為觀測星圖中可識別的星點數目；X_i為模擬星圖中星點坐標[x_i y_i f₀]；X′_i為觀測星圖中星點坐標[x′_i y′_i f′₀]；s為縮放因子；C為旋轉矩陣；(u₀,v₀)為主點偏移；

步驟8，根據步驟7獲得的優化后的各傳感器參數，以及各傳感器觀測星圖與模擬星圖之間的轉換關系，得到各傳感器觀測星圖之間的轉換關系，進而實現多傳感器的空間配準。

2.如權利要求1所述的基于天文標定的多傳感器空間配準方法，其特征在于，所述步驟1中，采用加權質心法提取觀測星圖中各星點的坐標，并依據星點圓周率剔除雙星。

3.如權利要求1或2所述的基于天文標定的多傳感器空間配準方法，其特征在于，所述步驟3中，將觀測星圖中各星點按亮度由大到小排序；按照星點亮度大小依次計算觀測星圖中星點間距離，并按距離長度由長到短排序，搜索滿足對角線最長的、且對角線交點位于觀測星圖中的四邊形。

4.如權利要求1所述的基于天文標定的多傳感器空間配準方法，其特征在于，所述步驟5中，所述傳感器參數的計算方法如下：

(1)主點偏移(u₀,v₀)為：

其中，(x_e0,y_e0)為模擬星圖中比對四邊形對角線交點坐標；(x_e,y_e)為觀測星圖觀測四邊形對角線交點坐標；

(2)縮放因子s為

(3)等效焦距f：f＝s·f₀，其中f₀為模擬星圖生成時的等效焦距；

(4)旋轉矩陣C為：

C＝P_g(P_hL)^T

其中，p_g,q_g為矩陣G的特征向量；p_h,q_h為矩陣H的特征向量，由G和H奇異值分解獲得。