一种组合视场导航敏感器地心方向提取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN104567879A(43)申请公布日2015.04.29(21)申请号201510041030.1(22)申请日2015.01.27(71)申请人北京控制工程研究所地址100080北京市海淀区北京2729信箱(72)发明人魏春岭王立熊凯毛晓艳龚德铸(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人庞静(51)Int.Cl.G01C21/20(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种组合视场导航敏感器地心方向提取方法(57)摘要一种组合视场导航敏感器地心方向提取方法，包括以下步骤：对敏感器拍摄的地球图像进行自动阈值计算，通过阈值将图像分割为二值图像。通过区域搜索的方法确定二值图像中地球的边缘。对边缘点进行圆中心和半径的拟合，求得地心像素坐标；对敏感器拍摄的星点图像进行星点提取，根据采样点集的灰度确定星点灰度阈值，并按照此阈值进行星点提取，对满足要求的星点进行保留。然后采用质心算法计算星点质心坐标，并按照典型的星图识别方法进行恒星识别，以此得到星点像素坐标和恒星惯性空间指向信息；利用上两步计算出的地心和恒星像素坐标，计算地心方向与恒星方向在敏感器坐标系下的矢量，再根据通过星图识别得到的恒星惯性空间指向，采用最小二乘算法计算出惯性系中的地心方向矢量。CN104567879ACN104567879A权利要求书1/1页1.一种组合视场导航敏感器地心方向提取方法，其特征在于步骤如下：第一步，对组合视场导航敏感器拍摄的地球图像进行自动阈值计算，通过阈值将图像分割为二值图像；通过区域搜索的方法确定二值图像中地球的边缘；对边缘点进行圆中心的拟合，求得地心像素坐标；第二步，在组合视场导航敏感器拍摄的星点图像中确定采样点集，根据采样点集的灰度确定星点灰度阈值，并按照此阈值进行星点提取，计算星点像素坐标，并进行恒星识别，最终得到识别出的恒星像素坐标和恒星惯性空间指向信息；第三步，利用以上两步计算出的地心像素坐标和恒星像素坐标，计算在敏感器坐标系下的地心方向矢量与恒星方向矢量，再根据得到的恒星惯性空间指向信息，采用最小二乘算法计算出惯性系中的地心方向矢量。2.根据权利要求1所述的一种组合视场导航敏感器地心方向提取方法，其特征在于：所述第一步中计算的过程为：(1)采用典型自动阈值计算方法得到阈值，通过阈值对图像进行二值分割，大于阈值的像素标称值赋为1，小于阈值的像素标称值赋为0；(2)采用区域搜索法得到二值图像中的边缘；假设输入的二值图像为f(x,y),x＝1,2,...,M,y＝1,2,...,N，图像的大小为M×N，取一个窗口mp×np(3≤mp<M/2，3≤np<N/2)，在图像f(x,y)上遍历，若当前窗口内为1的像素个数大于mp×np/2，则认为该窗口中按照横向方向发生0-1或者1-0跳变的点是边缘点；(3)对步骤(2)确定的边缘点进行圆中心的拟合，得到地球的地心像素坐标。3.根据权利要求1所述的一种组合视场导航敏感器地心方向提取方法，其特征在于：所述的第三步具体实现为：(1)根据第一步和第二步的计算结果计算地球中心和恒星在敏感器坐标系下的方向矢量；假设像素坐标为(u,v)，采用以下公式计算方向矢量：其中dx,dy表示像元的横向和纵向尺寸，f表示组合视场导航敏感器的焦距，均为已知量；即将通过恒星识别得到的n颗恒星的恒星像素坐标分别代入上述公式得到n个恒星方向矢量S1,S2…Sn；将地心像素坐标代入上述公式得到地心方向矢量E；(2)采用最小二乘法计算地心在惯性系下的指向：其中，SI1,SI2…SIn为恒星惯性空间指向信息。2CN104567879A说明书1/5页一种组合视场导航敏感器地心方向提取方法技术领域[0001]本发明属于图像信息处理技术领域。背景技术[0002]随着航天技术的发展，对卫星自主导航能力提出了迫切需求。卫星自主天文导航系统是基于惯性系下的地心方向矢量的观测量实现的。为了实现地心方向矢量的高精度测量，设计了组合视场的导航敏感器，其视场包括中心视场和环形视场，中心视场对地球进行成像测量，环形视场对恒星进行观测，实现对不同天体目标的同光学系统、共探测器成像。[0003]组合视场导航敏感器在同一像面上获得地球圆盘图像和恒星星点图像，传统处理方法是分别对地球圆盘图像和恒星星点图像进行处理。通过地球圆盘图像处理，给出敏感器坐标系下的地心方向矢量；通过恒星星点图像处理，给出敏感器坐标系到惯性系的坐标转换矩阵，再利用坐标转换矩阵将地心方向矢量由敏感器坐标系转换到惯性系。传统处理方法中敏感器坐标系到惯性系的坐标转换矩阵的计算精度比较低。卫星自主天文导航系统通常采用惯性系中的地心方向矢量作为测量数据，为便于导航系统使用，并避免地心方向