[發明專利]一種折射率模型畸變修正方法

有效

• 申請號: 202011212224.0
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112598583B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 葉立軍;王靜吉;豐保民;陳銀河;袁彥紅
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 包姝晴;徐雯瓊

本發明公開了一種折射率模型畸變修正方法，包括：通過數學建模，獲取若干個樣本點，每一所述樣本點包括太陽光斑質心在探測器二維直角坐標系下的折射值和理論值；計算得每一所述樣本點的折射模值和理論模值，對所有樣本點的折射模值和理論模值進行擬合，得到從折射模值到理論模值的一維擬合曲線；根據所述一維擬合曲線和任意實測點模值，計算得到修正后模值信息；結合所述修正后模值信息和修正前太陽光斑質心坐標信息，計算得到所述探測器二維直角坐標系下的修正后的太陽光斑質心坐標信息；根據所述修正后的太陽光斑質心坐標信息，計算得到太陽在探測器二維直角坐標系下的單位矢量。本發明具有實現簡單，計算量小的優點。

技術領域

本發明涉及光電技術領域，特別涉及一種基于單參數擬合的折射率模型畸變修正方法。

背景技術

很多光學敏感器鏡頭配置有玻璃保護蓋片，當光線通過玻璃蓋片時，會發生折射，引起光路發生折射，進而會導致圖像或光點坐標發生畸變，影響成像質量或是光點坐標計算精度。

以航天控制系統領域舉例說明，數字式太陽敏感器(探測器)是一種測量太陽方位指向的高精度敏感器，通常可與地平儀雙矢量姿態確定實現衛星三軸高精度姿態確定，也可作為對日定向姿態敏感器。

當太陽光穿過玻璃蓋片到達數字式太陽探測器上是，由于玻璃蓋片的折射作用，光線的行進方向發生位移偏離，進而導致測量出的太陽方位產生誤差，光線與數太光軸夾角越大，則位移偏離引起的測量誤差角也越大，當光線圖數太光軸夾角為0，則位移偏離引起的測量誤差角也為0。

針對折射率模型畸變的修正，傳統方法主要有二維曲面擬合修正和牛頓迭代計算法修正。

其中，對于二維曲面擬合法：通過數學建模，得到一系列樣本點，樣本點盡量均勻布滿整個探測器區域。每個樣本點都有一個對應的真實太陽坐標與探測器得到的實測坐標，并將這些平面內的坐標點進行二維曲面擬合，得到相應階次的擬合系數。將實測的太陽在探測器內任意坐標點結合二維曲面擬合，可以得到修正后太陽坐標。這種方法的優點是算法適應力較強，不僅對于折射率模型適用，也適用于其他系統誤差類型；缺點是待擬合參數多，若想獲得更高階的擬合精度，擬合參數個數會呈二次方增長(對于n階二維曲面擬合，需要的擬合參數為(n²+3n+2)/2)，軟件實現也相應比較復雜。即二維曲面擬合原理簡單，但需要的擬合參數多，修正算法復雜，計算量大。

對于牛頓迭代法：根據極坐標原理，離探測器中心距離相等的點具有同樣的系統測量誤差，先將實測值在二維直角坐標中的表達轉換到極坐標系，然后根據折射率模型可以得到實測坐標與實際坐標之間的對應關系。但是，通過太陽實測目標解算實際坐標的方程為超越方程，沒有直接表達式，需要通過多次迭代計算來獲得。這種方式的優點是僅需要折射率模型相關物理參數，數學意義明確；缺點是在一個軟件運行周期類，需要通過若干次反復迭代才能得到修正后的太陽實際坐標，計算量較大。即對于牛頓迭代計算法修正，需要在一個計算機運行周期內，通過反復迭代計算求解方程，需要計算量大。

發明內容

針對上述兩種方法的不足，結合上述兩種方法的優點，并避免上述兩種方法的缺點，本發明提供一種計算量小，計算復雜度低的基于單參數擬合的折射率模型畸變修正方法。

為了解決以上問題，本發明通過以下技術方案實現：

一種折射率模型畸變修正方法，包括：步驟S1、通過數學建模，獲取若干個樣本點，每一所述樣本點包括太陽光斑質心在探測器二維直角坐標系下的折射值和理論值。步驟S2、計算得每一所述樣本點的折射模值和理論模值，對所有樣本點的折射模值和理論模值進行擬合，得到從折射模值到理論模值的一維擬合曲線。步驟S3、根據所述一維擬合曲線和任意實測點模值，計算得到修正后模值信息。步驟S4、結合所述修正后模值信息和修正前太陽光斑質心坐標信息，計算得到所述探測器二維直角坐標系下的修正后的太陽光斑質心坐標信息。步驟S5、根據所述修正后的太陽光斑質心坐標信息，計算得到太陽在探測器二維直角坐標系下的單位矢量。