[發(fā)明專利]一種白晝有云環(huán)境下導(dǎo)航星星點提取的方法

有效

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• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107504966B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐卿;趙春暉;李全良;孫秀清;王立;李曉;曹中祥
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 11009 中國航天科技專利中心
• 代理人: 龐靜

本發(fā)明提供了一種白晝有云環(huán)境下導(dǎo)航星星點提取的方法，包括步驟：首先，對連續(xù)拍攝的多幀白晝有云星圖的每一幀星圖分別進行：(1)對原始星圖利用改進的形態(tài)學(xué)TopHat算子進行濾波，得到第一星圖；(2)利用RobinsonGuard濾波器對第一星圖進行濾波處理，得到第二星圖；(3)利用自適應(yīng)閾值法對第二星圖進行閾值分割，保存高于閾值的所有像素的坐標和灰度；(4)對保存的像素利用聚類法實現(xiàn)四連通域星點提取。其次，對各幀星圖提取出的連通域利用多幀比對技術(shù)進行偽星點剔除。最后，對比對成功的各個連通域計算其質(zhì)心，完成星點的提取。該方法有效地消除了白晝天空云層等背景的干擾，同時避免了灰塵等空中漂浮物引起的誤提取，保證了星點的有效穩(wěn)定提取。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種白晝有云環(huán)境下導(dǎo)航星星點提取的方法，應(yīng)用于飛機、導(dǎo)彈、艦船以及臨近空間飛行器等近地面平臺星圖處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

星敏感器是以恒星作為測量參考源的高精度姿態(tài)測量儀器，具有精度高、自主能力強等優(yōu)點，已廣泛用于衛(wèi)星、宇宙飛船等空間航天器。當(dāng)前典型的星敏感器大多工作在冷黑背景下和可見光譜段，面對大氣層及近地空間內(nèi)飛機、導(dǎo)彈、艦船等平臺全天時導(dǎo)航需求，由于白晝條件下強烈的天空背景光影響，傳統(tǒng)的星敏感器星點提取技術(shù)無法滿足要求。

白晝星敏感器工作在大氣層內(nèi)，其成像的背景環(huán)境復(fù)雜，受到太陽散射光、地面反射光和大氣熱輻射等影響，此外還存在云層、天際線或空中漂浮物等干擾。這些因素導(dǎo)致白晝星圖構(gòu)成復(fù)雜，背景灰度值高且分布不均勻，局部區(qū)域灰度值可能超過星點目標灰度，恒星目標信噪比非常低。

白晝有云復(fù)雜環(huán)境下星點提取的關(guān)鍵技術(shù)是白晝星圖的預(yù)處理和對預(yù)處理后星圖進行連通域提取和偽星剔除。

傳統(tǒng)的星圖預(yù)處理算法主要有多幀疊加求平均值、均值濾波、中值濾波、高通濾波、小波變換、維納濾波和形態(tài)學(xué)濾波等。

(1)多幀疊加求平均值。該方法將連續(xù)拍攝的多幀星圖對應(yīng)像素的灰度相加，再求取平均值。該方法計算量小，可以消除隨機噪聲，但是疊加幀數(shù)越多計算量越大，并且隨著疊加幀數(shù)的增加，信噪比提升效果降低。在動態(tài)情況下需要根據(jù)預(yù)估的星點在像面的移動方向進行平移疊加，實現(xiàn)準確疊加較為困難。

(2)均值濾波。均值濾波是用一個奇數(shù)點的濾波模板，將模板中心點的值用模板內(nèi)各點的均值代替。均值濾波算法簡單，對加性高斯噪聲有著較好的平滑作用，但是對脈沖式高頻分量的抑制效果不理想，并且會導(dǎo)致目標能量的衰減和邊緣的模糊。

(3)中值濾波。與均值濾波類似的，中值濾波將模板中心點的值用模板內(nèi)各點的中值代替。中值濾波算法簡單，實時性好，對脈沖噪聲有很好的濾波效果，但是對于正態(tài)白噪聲效果并不明顯，同時中值濾波會產(chǎn)生像素的偏移，影響質(zhì)心定位的精度。

(4)高通濾波。高通濾波將星圖進行傅里葉變換，在頻域進行星圖處理，保留星圖中截止頻率以上的頻率成分。該方法可用于消除低頻噪聲，但是容易使背景噪聲通過，濾波后還需要對星圖進行進一步處理。此外，高通濾波需要進行頻域轉(zhuǎn)換，計算量較大，不利于實時處理。

(5)小波變換。小波變換將時域信號變換到頻域，通過伸縮平移運算對信號進行多尺度細化，實現(xiàn)高頻時間細分，低頻頻率細分。在小波域中，有效信號對應(yīng)的小波系數(shù)很大，而噪聲對應(yīng)的系數(shù)很小，通過閾值處理可以得到降噪后的星圖。但是小波變換計算復(fù)雜，計算量大，難以滿足快速星圖識別的要求。

(6)維納濾波。維納濾波一種基于最小二乘估計的濾波方法，利用星圖中每個像素鄰域的局部均值和方差進行估計。維納濾波對單點噪聲和背景噪聲的抑制效果并不明顯，對背景的平滑效果較好，但是會導(dǎo)致目標能量的衰減和邊緣的模糊。