专利名称：深空光学导航图像处理算法仿真验证方法
技术领域：
本发明涉及光学自主导航的图像处理领域，具体涉及一种深空光学导航图像处理 算法的仿真验证方法。
背景技术：
深空飞行段不同于近地球轨道，光学导航所采用的导航星目标除了视场中的恒星 之外，还选择了巡航段周围分时出现的小行星，由于探测星等很低，为9 12等星，需要敏 感器长时间的曝光，曝光时间内探测器姿态的晃动影响明显，导航天体成像不再是单个星 点，而是随着扰动改变在图像中的位置，形成轨迹线，对图像处理方法和仿真方法带来新的 挑战，需要重新进行研究。目前，星点图像仿真方法有很多，但是星迹图像仿真的验证系统研究未见相关报 导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种借助仿真的功能来完成深空光学导航图像处理算法 的仿真验证方法。实现本发明目的的技术方案一种深空光学导航图像处理算法仿真验证方法，其 先在小行星和探测器设定轨道位置已知的前提下，查阅星表数据，获得图像中星点的初始 位置和相对角矩；然后随机生成一系列的姿态矩阵表征曝光时间内的敏感器姿态扰动，进 行图像仿真获得星点轨迹仿真图像；其特征在于该方法将获得的星点轨迹仿真图像、随 机生成的一系列姿态矩阵以及带有误差的导航节点预估值进行图像处理；所述的图像处理 是先对带有误差的导航节点预估值进行修正；然后以每一个修正的节点像素坐标为中心， 在其周围取匹配模板，进行交叉相关，得到多个恒星目标之间的相对像素坐标，再与真实值 进行比较评定图像处理的像素误差；然后计算相对角矩，根据相对角矩采用双三角形恒星 识别方法进行背景恒星的识别，根据背景恒星的识别结果，由恒星向量形成计算矩阵，通过 矩阵运算，计算出目标小行星方位；最后将计算出的目标小行星方位与真实的目标小行星 方位比较即可知偏差。如上所述的一种深空光学导航图像处理算法仿真验证方法，其所述的节点为星点 轨迹仿真图像上运动变化剧烈、特征突出的点；根据星表数据和光学导航敏感器的初始姿 态矩阵及姿态扰动矩阵得到节点像素坐标真值，节点像素坐标真值加上0 10之间的随机 浮点数得到带有误差的节点预测值。本发明的效果在于本发明是在目前没有成熟的敏感器可以提供图像的情况下，借助仿真的功能来完 成图像算法的验证。统一采用导航系统提供的测量信息，无误差的信息提供给图像仿真部 分，加上测量误差的作为预测信息提供给图像处理部分，然后图像处理算法在预测信息的 前提下对仿真得到的图像进行处理，得到的计算结果和真实值比较评定算法误差。
本发明为星迹图像的仿真与处理提供了研究基础，并给出了验证模式。对图像处 理算法的前期开发研究工作提出了借鉴模式，在整个工程研制的过程中保证了软件算法的 先行研究，不受制于硬件研制的约束，将算法的整体性能评价从整个系统中剥离，有利于整 机调试的误差分析。
图1为仿真图像；图2为交互相关匹配原理图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。本发明所述的一种深空光学导航图像算法处理仿真验证方法步骤如下先在小行 星和探测器设定轨道位置已知的前提下，查阅星表数据，获得图像中星点的初始位置和相 对角矩；然后随机生成一系列的姿态矩阵表征曝光时间内的敏感器姿态扰动，进行图像仿 真系获得星点轨迹仿真图像；再将获得的星点轨迹仿真图像、随机生成的一系列姿态矩阵 以及带有误差的导航节点预估值进行图像处理；所述的图像处理是先对带有误差的导航节 点预估值进行修正；然后以每一个修正的节点像素坐标为中心，在其周围取匹配模板，进行 交叉相关，得到多个恒星目标之间的相对像素坐标，再与真实值进行比较评定图像处理的 像素误差；然后计算相对角矩，根据相对角矩采用双三角形恒星识别方法进行背景恒星的 识别，根据背景恒星的识别结果，由恒星向量形成计算矩阵，通过矩阵运算，计算出目标小 行星方位；最后将计算出的目标小行星方位与真实的目标小行星方位比较即可知算法偏 差。下面结合具体实例进行描述。步骤一获得星点轨迹仿真图像设定飞行器深空探测的轨道为已知，在日心黄道坐标系下，当前探测器的位置为 (1. 02565885315093X 1011，-1. 11396451349936X IO11, -1. 67302798002X IO8)，日心黄道坐 标系到探测器坐标系的姿态旋转阵为
权利要求
1.一种深空光学导航图像处理算法仿真验证方法，其先在小行星和探测器设定轨道 位置已知的前提下，查阅星表数据，获得图像中星点的初始位置和相对角矩；然后随机生成 一系列的姿态矩阵表征曝光时间内的敏感器姿态扰动，进行图像仿真获得星点轨迹仿真图 像；其特征在于该方法将获得的星点轨迹仿真图像、随机生成的一系列姿态矩阵以及带 有误差的导航节点预估值进行图像处理；所述的图像处理是先对带有误差的导航节点预估 值进行修正；然后以每一个修正的节点像素坐标为中心，在其周围取匹配模板，进行交叉相 关，得到多个恒星目标之间的相对像素坐标，再与真实值进行比较评定图像处理的像素误 差；然后计算相对角矩，根据相对角矩采用双三角形恒星识别方法进行背景恒星的识别， 根据背景恒星的识别结果，由恒星向量形成计算矩阵，通过矩阵运算，计算出目标小行星方 位；最后将计算出的目标小行星方位与真实的目标小行星方位比较即可知算法偏差。
2.根据权利要求1所述的一种深空光学导航图像处理算法仿真验证方法，其特征在 于所述的节点为星点轨迹仿真图像上运动变化剧烈、特征突出的点；根据星表数据和光 学导航敏感器的初始姿态矩阵及姿态扰动矩阵得到节点像素坐标真值，节点像素坐标真值 加上0 10之间的随机浮点数得到带有误差的节点预测值。
全文摘要
本发明提供一种借助仿真的功能来完成深空光学导航图像处理算法的仿真验证方法。该方法将获得的星点轨迹仿真图像、随机生成的一系列姿态矩阵以及带有误差的节点预测值进行图像处理；所述的图像处理是先对带有误差的节点预测值进行修正；然后以每一个修正的节点像素坐标为中心，在其周围取匹配模板，进行交叉相关，得到多个恒星目标之间的相对像素坐标，再与真实值进行比较评定图像处理的像素误差；然后计算相对角矩，根据相对角矩采用双三角形恒星识别方法进行背景恒星的识别，根据背景恒星的识别结果，由恒星向量形成计算矩阵，通过矩阵运算，计算出目标小行星方位；最后将计算出的目标小行星方位与真实的目标小行星方位比较即可知偏差。
文档编号G01C21/24GK102116633SQ200910216989
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
发明者周建涛, 张晓文, 毛晓艳, 王大轶 申请人:北京控制工程研究所