一种具有蒙气差效应的星图模拟方法

一种具有蒙气差效应的星图模拟方法
(一)技术领域
1.本发明涉及一种具有蒙气差效应的星图模拟方法，属于图像分析领域，是一种适用于大气内应用星敏感器试验测试的仿真技术。
(二)

背景技术：

2.星敏感器作为一种高精度的姿态测量传感器，在航天、航空、航海等领域的应用越来越广泛。由于地球大气密度分布不均匀，海拔越低大气越稠密，星光穿过大气时会向地心方向弯曲，导致进入星敏感器的星光视方向与真方向不同，这个方向差叫做蒙气差。观测星天顶距越大，蒙气差也就越大。当星敏感器在大气内工作时，蒙气差会导致星光成像坐标发生偏移，降低星图匹配成功率和星敏感器的姿态确定精度。
3.星图模拟是面向星敏感器试验测试的仿真技术，大气内应用星敏感器的蒙气差补偿能力的检验测试，需要生成具有蒙气差效应的模拟星图。目前还没有具有蒙气差效应的科学级星图模拟的相关文献报道。
(三)

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种具有蒙气差效应的星图模拟方法。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.根据星敏感器光轴方向筛选出待映射恒星，所述待映射星在惯性系下的单位矢量作为参考星光矢量，结合设定的观测时间、位置、姿态等信息，将参考星光矢量转换到当地地理坐标系或者发射坐标系或者天球地平坐标系下，获得星光的真天顶距。根据以真天顶距为引数的模型计算蒙气差，在方位面内与参考星光矢量叠加得到观测星光矢量，映射到成像平面后，经高斯灰度弥散生成具有蒙气差效应的模拟星图。
(四)附图说明
7.图1为具有蒙气差效应的星图模拟方法流程图。
8.图2为蒙气差映射原理示意图。
(五)具体实施方式
9.为更好地理解本发明，下面结合附图举例对本发明的实施方式做进一步的说明。
10.星敏感器以任意姿态在大气内观星，均会产生星光蒙气差。如图2所示，o
s
x
s
y
s
z
s
为星敏感器坐标系，oxy为星敏感器成像阵列平面，o点为成像主点，f为星敏感器光学镜头的焦距。q
s
为星敏感器的光轴方向矢量，ζ为天顶方向矢量，s为星光真方向(即参考星光矢量)，虚线为真实星光穿过大气弯向地心的折射路径，其切线方向s
a
为星光视方向(即观测星光矢量)，s与s
a
两者间的夹角r即为蒙气差。a为s
a
的成像点，b为ζ的投影点，c为s的投影点。由于s与s
a
两矢量共面于方位面，a、b、c在成像面内三点共线。蒙气差导致星光成像坐标发生偏移，具体表现为观测星光的成像点a与参考星光的投影点c存在偏差。因而实现具有
蒙气差效应的星图模拟，需精确模拟出该偏差。
11.根据星敏感器的光轴指向和视场大小，在星库中筛选出待映射星集合。恒星赤经、赤纬记为α、δ，则在惯性系下的参考星光矢量表示为：
[0012][0013]
由设定的观测时间、位置、姿态信息获得惯性系到地理系的转换矩阵则地理系下的星光矢量为：
[0014][0015]
在方位面内，也可以用方位角a和高度角h表示：
[0016][0017]
结合公式(2)和(3)计算出a和h，可由h求得恒星的真天顶距z
r
：
[0018]
z
r
＝90
°‑
h(4)
[0019]
根据以z
r
为引数的蒙气差模型，结合气温气压的订正，可以得到星光的蒙气差r。由于蒙气差只对星光高度产生影响，在方位面内星光高度角变为：
[0020]
h
a
＝h+r(5)
[0021]
则具有蒙气差效应的星光在地理系下的矢量坐标为：
[0022][0023]
以作为观测星光矢量，转换到星敏感器坐标系下，进而通过光学系统理想模型，映射到成像平面，获得映射点坐标。获得所有待映射星的映射点坐标后，筛选出真正映射到成像平面的有效星像点，经高斯灰度弥散进行像素灰度赋值，得到每个星像点的仿真图像，叠加各式噪声后，即可实现具有蒙气差效应的星图模拟。


技术特征：
1.一种具有蒙气差效应的星图模拟方法，其特征在于，所述方法包括：根据星敏感器光轴方向筛选出待映射恒星，所述待映射星在惯性系下的单位矢量作为参考星光矢量，结合设定的观测时间、位置、姿态等信息，将参考星光矢量转换到当地地理坐标系或者发射坐标系或者天球地平坐标系下，获得星光的真天顶距。根据以真天顶距为引数的模型计算蒙气差，在方位面内与参考星光矢量叠加得到观测星光矢量，映射到成像平面后，经高斯灰度弥散生成具有蒙气差效应的模拟星图。

技术总结
本发明提供一种具有蒙气差效应的星图模拟方法，实现步骤如下：根据星敏感器光轴方向筛选出待映射恒星，所述待映射星在惯性系下的单位矢量作为参考星光矢量，结合设定的观测时间、位置、姿态等信息，将参考星光矢量转换到当地地理坐标系或者发射坐标系或者天球地平坐标系下，获得星光的真天顶距。根据以真天顶距为引数的模型计算蒙气差，在方位面内与参考星光矢量叠加得到观测星光矢量，映射到成像平面后，经高斯灰度弥散生成具有蒙气差效应的模拟星图。星图。星图。


技术研发人员：王海涌 汪博雅 朱宏玉
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2021.08.31
技术公布日：2021/11/30