专利名称：一种地球紫外像的质心坐标提取方法
技术领域：
本发明涉及一种地球紫外像的质心坐标提取方法。
背景技术：
星敏感器是一种以恒星为观测基准的高精度姿态敏感器，能够提供角秒级甚至更高精度的惯性姿态信息，是目前精度最高的姿态敏感器。星敏感器的姿态信息来自两个方面，恒星星光方向矢量在惯性参考坐标系的指向和恒星星光方向矢量在星敏感器坐标系的指向。红外地平仪是一种地球敏感器，它利用地球边缘区内红外线热辐射值的陡变，获得地球地平信息，用来确定卫星与地球球心连线的矢量方向。在天文导航系统中得到广泛的应用。根据星敏感器和红外地平仪的工作原理，星敏感器能为飞行器直接提供三轴欧拉角，而红外地平仪只能为飞行器提供偏航角和俯仰角，因此单纯利用这两种传感器不能为飞行器提供自主导航。为此，很多自主导航学者提出采用星敏感器和红外地平仪的方法来实现自主天文导航，自主天文导航方法主要包括直接敏感地平技术和间接敏感地平。直接敏感地平利用星敏感器与红外地平仪相结合组成天文导航系统，这种最传统的自主天文导航方法成本低、技术成熟和可靠性好，但是由于地球辐射的红外波段特性不稳定，这就降低了红外地球敏感器测量地球视半径的精度，由于地球视半径精度的降低，导致确定飞行器的位置信息精度降低。所以这种方法导航精度不高。间接敏感地平利用星敏感器观测折射星，通过大气对星光折射的数学模型及误差补偿的方法来精确敏感地平，从而实现卫星的高精度导航。国外研究结果表明，这种方法能够达到很高的导航精度，但是由于折射星个数是有限的，不能利用折射星连续地为飞行器提供观测信息，因此间接敏感地平在实时性方面不如直接敏感地平。地球边沿辐射的紫外波段，无论在白天或夜间均存在适应于探测的紫外临边辐射的特征，这些特征中的临边辐射极值高度具有稳定的特点，随经纬度和季节变化很小，随观测方位角变化也很小。这一特征以足够精度来为图像传感器的建立提供信号基础。因此可以采用地球紫外波段和恒星可见光波段来实现对卫星的自主导航。利用地球紫外特征和恒星可见光相结合的信息融合自主导航方法:利用星敏感器观测导航恒星得到星光在星敏感器测量坐标系得方向矢量，而星敏感器与飞行器本体之间的安装转换矩阵是已知的，所以可以计算得到恒星星光在飞行器本体坐标系中的方向矢量。利用地球紫外特征测量飞行器垂线方向，计算得到地心矢量在卫星本体坐标系中的方向，取地心方向矢量和地心距离作为观测值，以弥补星敏感器在工作区域上的局限。将这两种模式相互结合、优势互补，进行信息融合滤波，确定导航系统的位置和速度，提高了系统的精度和可靠性等方面的性能，是一种很有前途的卫星自主导航方法。当前有些学者提出采用地球紫外特性和恒星可见光的方法来实现自主导航，这些导航方法只在导航过程只考虑了地球形状对导航精度的影响，没有考虑由于地球的自转或者卫星绕地球运行造成的昼夜影响地球周围紫外线的反射变化情况，然后由于地球周围紫外线的反射变化会引起地球成像形状的轮廓，造成提取地球紫外像坐标的变化，从而导致对卫星自主导航精度降低。为了实现地球紫外特征和恒星可见光相结合的自主导航原理可知，首先必须获取地球紫外特征的像的质心坐标，对于光学传感器，为了提高获取目标像坐标的精度，通常采用散焦的技术，然后利用质心法来获取目标像的坐标。紫外光学相机拍摄的地球表面紫外光主要是由于太阳照射到地球后，地球表面大气反射造成的，地球紫外特性随着太阳光与地表面的夹角变化而变化，但是在同一格林威治时刻，地球紫外特性是稳定的，所以，紫外光学相机拍摄的地球表面紫外像的轮廓随着太阳光与地表面的夹角变化而变化，该轮廓有时是整个圆，有时是整个环，有时形如“弧”形状，这样不能直接采用质心法来获取地球紫外特性像的质心坐标。光学导航相机的分辨率是由视场和像平面阵列规模决定的，如果目标像只在一个像元上成像，那么像平面的设备分辨率将是光学导航相机精度的上限。如果视场半径为Θ，像平面阵列规模为NXN，那么其固有设备分辨率为:
权利要求
1.一种地球紫外像的质心坐标提取方法，其特征在于，方法如下: 当地球紫外辐射成像是一个“环”状的图像，从环状图像中任意取三点，设三个点的坐标分别是(XI，yl)，(χ2, y2)和(x3, y3),利用(xl, yl)和(x2, y2)作直线方程 112:
全文摘要
本发明涉及一种地球紫外像的质心坐标提取方法，如下读取紫外光学相机拍摄地球紫外波段像的图像；利用边缘检测方法，判断地球紫外波段像似“环”状的图像还是似“弧”状的图像，地球紫外波段像似“环”状的图像，适当选取“环”上三个点，以这三个点作“环”的圆心，该圆心就是地球质心，地球紫外波段像似“弧”状的图像，选取“弧”的两个端点和“弧”的中心点，以这三个点作“弧”的圆心，该圆心就是地球质心。本发明能够提取较高精度的地球紫外像点位置，从而为飞行器提高了导航精度；不管飞行器星下点是“日出”、“午后”还是“日落”，都能正确提取地球紫外像的质心。
文档编号G01C11/04GK103148840SQ20131002386
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者王常虹, 李葆华 申请人:哈尔滨工业大学