專利名稱：深空光學(xué)導(dǎo)航圖像處理算法仿真驗(yàn)證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)自主導(dǎo)航的圖像處理領(lǐng)域，具體涉及一種深空光學(xué)導(dǎo)航圖像處理 算法的仿真驗(yàn)證方法。
背景技術(shù)：
深空飛行段不同于近地球軌道，光學(xué)導(dǎo)航所采用的導(dǎo)航星目標(biāo)除了視場中的恒星 之外，還選擇了巡航段周圍分時(shí)出現(xiàn)的小行星，由于探測星等很低，為9 12等星，需要敏 感器長時(shí)間的曝光，曝光時(shí)間內(nèi)探測器姿態(tài)的晃動(dòng)影響明顯，導(dǎo)航天體成像不再是單個(gè)星 點(diǎn)，而是隨著擾動(dòng)改變在圖像中的位置，形成軌跡線，對圖像處理方法和仿真方法帶來新的 挑戰(zhàn)，需要重新進(jìn)行研究。目前，星點(diǎn)圖像仿真方法有很多，但是星跡圖像仿真的驗(yàn)證系統(tǒng)研究未見相關(guān)報(bào) 導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種借助仿真的功能來完成深空光學(xué)導(dǎo)航圖像處理算法 的仿真驗(yàn)證方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案一種深空光學(xué)導(dǎo)航圖像處理算法仿真驗(yàn)證方法，其 先在小行星和探測器設(shè)定軌道位置已知的前提下，查閱星表數(shù)據(jù)，獲得圖像中星點(diǎn)的初始 位置和相對角矩；然后隨機(jī)生成一系列的姿態(tài)矩陣表征曝光時(shí)間內(nèi)的敏感器姿態(tài)擾動(dòng)，進(jìn) 行圖像仿真獲得星點(diǎn)軌跡仿真圖像；其特征在于該方法將獲得的星點(diǎn)軌跡仿真圖像、隨 機(jī)生成的一系列姿態(tài)矩陣以及帶有誤差的導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)預(yù)估值進(jìn)行圖像處理；所述的圖像處理 是先對帶有誤差的導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)預(yù)估值進(jìn)行修正；然后以每一個(gè)修正的節(jié)點(diǎn)像素坐標(biāo)為中心， 在其周圍取匹配模板，進(jìn)行交叉相關(guān)，得到多個(gè)恒星目標(biāo)之間的相對像素坐標(biāo)，再與真實(shí)值 進(jìn)行比較評定圖像處理的像素誤差；然后計(jì)算相對角矩，根據(jù)相對角矩采用雙三角形恒星 識別方法進(jìn)行背景恒星的識別，根據(jù)背景恒星的識別結(jié)果，由恒星向量形成計(jì)算矩陣，通過 矩陣運(yùn)算，計(jì)算出目標(biāo)小行星方位；最后將計(jì)算出的目標(biāo)小行星方位與真實(shí)的目標(biāo)小行星 方位比較即可知偏差。如上所述的一種深空光學(xué)導(dǎo)航圖像處理算法仿真驗(yàn)證方法，其所述的節(jié)點(diǎn)為星點(diǎn) 軌跡仿真圖像上運(yùn)動(dòng)變化劇烈、特征突出的點(diǎn)；根據(jù)星表數(shù)據(jù)和光學(xué)導(dǎo)航敏感器的初始姿 態(tài)矩陣及姿態(tài)擾動(dòng)矩陣得到節(jié)點(diǎn)像素坐標(biāo)真值，節(jié)點(diǎn)像素坐標(biāo)真值加上0 10之間的隨機(jī) 浮點(diǎn)數(shù)得到帶有誤差的節(jié)點(diǎn)預(yù)測值。本發(fā)明的效果在于本發(fā)明是在目前沒有成熟的敏感器可以提供圖像的情況下，借助仿真的功能來完 成圖像算法的驗(yàn)證。統(tǒng)一采用導(dǎo)航系統(tǒng)提供的測量信息，無誤差的信息提供給圖像仿真部 分，加上測量誤差的作為預(yù)測信息提供給圖像處理部分，然后圖像處理算法在預(yù)測信息的 前提下對仿真得到的圖像進(jìn)行處理，得到的計(jì)算結(jié)果和真實(shí)值比較評定算法誤差。
本發(fā)明為星跡圖像的仿真與處理提供了研究基礎(chǔ)，并給出了驗(yàn)證模式。對圖像處 理算法的前期開發(fā)研究工作提出了借鑒模式，在整個(gè)工程研制的過程中保證了軟件算法的 先行研究，不受制于硬件研制的約束，將算法的整體性能評價(jià)從整個(gè)系統(tǒng)中剝離，有利于整 機(jī)調(diào)試的誤差分析。


圖1為仿真圖像；圖2為交互相關(guān)匹配原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。本發(fā)明所述的一種深空光學(xué)導(dǎo)航圖像算法處理仿真驗(yàn)證方法步驟如下先在小行 星和探測器設(shè)定軌道位置已知的前提下，查閱星表數(shù)據(jù)，獲得圖像中星點(diǎn)的初始位置和相 對角矩；然后隨機(jī)生成一系列的姿態(tài)矩陣表征曝光時(shí)間內(nèi)的敏感器姿態(tài)擾動(dòng)，進(jìn)行圖像仿 真系獲得星點(diǎn)軌跡仿真圖像；再將獲得的星點(diǎn)軌跡仿真圖像、隨機(jī)生成的一系列姿態(tài)矩陣 以及帶有誤差的導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)預(yù)估值進(jìn)行圖像處理；所述的圖像處理是先對帶有誤差的導(dǎo)航節(jié) 點(diǎn)預(yù)估值進(jìn)行修正；然后以每一個(gè)修正的節(jié)點(diǎn)像素坐標(biāo)為中心，在其周圍取匹配模板，進(jìn)行 交叉相關(guān)，得到多個(gè)恒星目標(biāo)之間的相對像素坐標(biāo)，再與真實(shí)值進(jìn)行比較評定圖像處理的 像素誤差；然后計(jì)算相對角矩，根據(jù)相對角矩采用雙三角形恒星識別方法進(jìn)行背景恒星的 識別，根據(jù)背景恒星的識別結(jié)果，由恒星向量形成計(jì)算矩陣，通過矩陣運(yùn)算，計(jì)算出目標(biāo)小 行星方位；最后將計(jì)算出的目標(biāo)小行星方位與真實(shí)的目標(biāo)小行星方位比較即可知算法偏 差。下面結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)行描述。步驟一獲得星點(diǎn)軌跡仿真圖像設(shè)定飛行器深空探測的軌道為已知，在日心黃道坐標(biāo)系下，當(dāng)前探測器的位置為 (1. 02565885315093X 1011，-1. 11396451349936X IO11, -1. 67302798002X IO8)，日心黃道坐 標(biāo)系到探測器坐標(biāo)系的姿態(tài)旋轉(zhuǎn)陣為
權(quán)利要求
1.一種深空光學(xué)導(dǎo)航圖像處理算法仿真驗(yàn)證方法，其先在小行星和探測器設(shè)定軌道 位置已知的前提下，查閱星表數(shù)據(jù)，獲得圖像中星點(diǎn)的初始位置和相對角矩；然后隨機(jī)生成 一系列的姿態(tài)矩陣表征曝光時(shí)間內(nèi)的敏感器姿態(tài)擾動(dòng)，進(jìn)行圖像仿真獲得星點(diǎn)軌跡仿真圖 像；其特征在于該方法將獲得的星點(diǎn)軌跡仿真圖像、隨機(jī)生成的一系列姿態(tài)矩陣以及帶 有誤差的導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)預(yù)估值進(jìn)行圖像處理；所述的圖像處理是先對帶有誤差的導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)預(yù)估 值進(jìn)行修正；然后以每一個(gè)修正的節(jié)點(diǎn)像素坐標(biāo)為中心，在其周圍取匹配模板，進(jìn)行交叉相 關(guān)，得到多個(gè)恒星目標(biāo)之間的相對像素坐標(biāo)，再與真實(shí)值進(jìn)行比較評定圖像處理的像素誤 差；然后計(jì)算相對角矩，根據(jù)相對角矩采用雙三角形恒星識別方法進(jìn)行背景恒星的識別， 根據(jù)背景恒星的識別結(jié)果，由恒星向量形成計(jì)算矩陣，通過矩陣運(yùn)算，計(jì)算出目標(biāo)小行星方 位；最后將計(jì)算出的目標(biāo)小行星方位與真實(shí)的目標(biāo)小行星方位比較即可知算法偏差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深空光學(xué)導(dǎo)航圖像處理算法仿真驗(yàn)證方法，其特征在 于所述的節(jié)點(diǎn)為星點(diǎn)軌跡仿真圖像上運(yùn)動(dòng)變化劇烈、特征突出的點(diǎn)；根據(jù)星表數(shù)據(jù)和光 學(xué)導(dǎo)航敏感器的初始姿態(tài)矩陣及姿態(tài)擾動(dòng)矩陣得到節(jié)點(diǎn)像素坐標(biāo)真值，節(jié)點(diǎn)像素坐標(biāo)真值 加上0 10之間的隨機(jī)浮點(diǎn)數(shù)得到帶有誤差的節(jié)點(diǎn)預(yù)測值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種借助仿真的功能來完成深空光學(xué)導(dǎo)航圖像處理算法的仿真驗(yàn)證方法。該方法將獲得的星點(diǎn)軌跡仿真圖像、隨機(jī)生成的一系列姿態(tài)矩陣以及帶有誤差的節(jié)點(diǎn)預(yù)測值進(jìn)行圖像處理；所述的圖像處理是先對帶有誤差的節(jié)點(diǎn)預(yù)測值進(jìn)行修正；然后以每一個(gè)修正的節(jié)點(diǎn)像素坐標(biāo)為中心，在其周圍取匹配模板，進(jìn)行交叉相關(guān)，得到多個(gè)恒星目標(biāo)之間的相對像素坐標(biāo)，再與真實(shí)值進(jìn)行比較評定圖像處理的像素誤差；然后計(jì)算相對角矩，根據(jù)相對角矩采用雙三角形恒星識別方法進(jìn)行背景恒星的識別，根據(jù)背景恒星的識別結(jié)果，由恒星向量形成計(jì)算矩陣，通過矩陣運(yùn)算，計(jì)算出目標(biāo)小行星方位；最后將計(jì)算出的目標(biāo)小行星方位與真實(shí)的目標(biāo)小行星方位比較即可知偏差。
文檔編號G01C21/24GK102116633SQ200910216989
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者周建濤, 張曉文, 毛曉艷, 王大軼 申請人:北京控制工程研究所