专利名称：一种小行星导航敏感器星间角距的方法
技术领域：
本发明属于一种角距计算方法，具体涉及一种小行星导航敏感器星间角距计算方 法。
背景技术：
小行星是深空探测巡航段主要的参考目标，美国深空一号、深空撞击等任务均使 用了小行星敏感器作为自主导航的关键设备。小行星导航敏感器的图像由于曝光时间长、 平台运动而产生出特殊效果与传统恒星成像存在很大差异形成“星轨迹”图，传统的利用质 心算法确定星心的方法不再适用。星图识别最关键的结构元素为角距，因此如何确定恒星间的角距成为难点，在深 空-1的项目中美国人提出了 “交互相关”的算法[文献2]，使用多个节点进行交互匹配得 到角距，但是这种方法在实现中首先需要进行目标的节点(轨迹特征点)选择，在复杂的 成像情况下例如圆弧目标图案或其他曲线目标图，此时星轨迹之间有效的节点选择较为困 难，当节点选择出现问题时交互相关法无法应用，因此需要有效性与适用性更强的新算法。文献情况文献1提及小行星导航敏感器的标定技术与相关匹配，但是没有公布 公式与计算；文献2是一种相关匹配算法，它是基于节点的实现，这与本算法整体匹配技术 存在差异。相关文献[ UJurgen OBERST, Barbel BRINKMANN, Bernd GIESE, GEOMETRICCALI BRAT ION OFTHE MICAS CCD SENSOR，IAPRS, Vol. XXXIII, Amsterdam, 2000[2] R. M. Vaughan , J. E. Ri ede 1 , R.P.Davis， W. Owen , and S. P. Synnott,，，OpticalNavigation for the Galileo Gaspra Encounter，，，AIAA Paper 92-4522, AIAA/AASAstrodynamics Conference, Hilton Head, South Carolina, August, 1992。
发明内容
本发明的目的是提供一种小行星导航敏感器星间角距的方法，它能够克服已有算 法受限于节点选择的问题，解决了小行星导航敏感器星间角距高精度、高鲁棒性计算。本发明是这样实现的，一种小行星导航敏感器星间角距的方法，它包括以下步骤，1)星图预处理；2)星轨迹目标分割；3)星轨迹模板窗口选择；4)内差窗口相关匹配；5) 二维相关系数最值拟合；6)亚像素角距计算。其中步骤1)根据输入的星图进行背景灰度统计得到目标阈值。
其中步骤2)根据目标阈值将图像分割为目标区与背景区，然后将目标区点进行 连接判断形成目标窗口，并记下窗口尺寸宽W长L，分割标记办法为
权利要求
1.一种小行星导航敏感器星间角距的方法，其特征在于它包括以下步骤，1)星图预处理；2)星轨迹目标分割；3)星轨迹模板窗口选择；4)内差窗口相关匹配；5)二维相关系数最值拟合；6)亚像素角距计算。
2.如权利要求1所述的一种小行星导航敏感器星间角距的方法，其特征在于其中步 骤1)根据输入的星图进行背景灰度统计得到目标阈值。
3.如权利要求1所述的一种小行星导航敏感器星间角距的方法，其特征在于其中步 骤2)根据目标阈值将图像分割为目标区与背景区，然后将目标区点进行连接判断形成目 标窗口，并记下窗口尺寸宽W长L，分割标记办法为
4.如权利要求1所述的一种小行星导航敏感器星间角距的方法，其特征在于其中步 骤3)针对目标窗口，在原图像下进行大小排布与亮度排布，得到位于窗口大小的中心值宽 W、长L，按照尺寸倍数首先进行星轨迹模板窗口选择
5.如权利要求1所述的一种小行星导航敏感器星间角距的方法，其特征在于其中步 骤4)匹配方法选择相关系数法，首先在“金字塔算法”基础上进行粗匹配得到窗口匹配位 置中心坐标(Xc，Yc)，具体操作是通过像素4合1得到简化模板和简化图像，快速匹配得到 最大相关系数对应的(X。，Y。)，然后在粗坐标基础上进行附近坐标的细搜索匹配，得到匹配 坐标位置(XyYi)以及相应的相关系数P (Xi, Yi),最大相关系数对应坐标记(xM，u。相关系数是标准化的协方差函数，协方差函数除以两信号的方差即得相关系数，g(x, y)与g' (χ' ,ι')是对应像点灰度值，相关系数定义为
6.如权利要求1所述的一种小行星导航敏感器星间角距的方法，其特征在于其中步 骤5)根据匹配得到的最优位置以及周围位置的相关系数，进行按照高斯函数进行二维函 数拟合得到中心点。拟合方程可选择二维高斯函数(X-Xz)2MY-Y1)2ρ — a-e h上面4个未知数(a，b，Xz，Yz)，其中(Xz, Yz)是最优的匹配窗口位置。
7.如权利要求1所述的一种小行星导航敏感器星间角距的方法，其特征在于其中步 骤6)根据拟合的中心点坐标( ，Yz)和初始坐标0(Q，YQ)计算两点之间的角距。
全文摘要
本发明属于一种角距计算方法，具体涉及一种确定小行星导航敏感器星间角距的方法。一种确定小行星导航敏感器星间角距的方法，它包括以下步骤，1)星图预处理；2)星轨迹目标分割；3)星轨迹模板选择；4)内差窗口相关匹配；5)二维相关系数最值拟合；6)亚像素角距计算。本发明的优点是，本发明属于整体性目标几何匹配，可适应于各种不同的星轨迹角距计算，具有很强的鲁棒性与可实施性。它克服了已有算法的节点选择有效性问题，可以应用于各种类型的“轨迹”计算，不仅对于小行星导航敏感器，而且对于高动态的恒星敏感器也同样实用，因此具有较强的实用性。
文档编号G01C21/24GK102116632SQ20091021698
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者毛晓燕, 王立, 黄翔宇, 龚德铸 申请人:北京控制工程研究所