一种提高星光定向仪动态探测灵敏度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及星光定向仪探测灵敏度领域，特别是一种提高星光定向仪动态探测灵 敏度的方法。
【背景技术】
[0002] 星光定向仪用于飞机、导弹、船舶等多个平台，与惯导系统组合实现高精度的组合 导航系统。星光定向仪通过对恒星矢量测量，实现对惯导系统数据的修正。由于星光定向 仪工作在白昼环境中，其探测灵敏度相对较低，而应用平台的动态角速度造成的星点弥散 则进一步降低了探测灵敏度，使得星光定向仪具有较差的环境适应性。
[0003] 通常采用的提高星光定向仪探测灵敏度的方法为增大星光定向仪的通光孔径。但 该方法在白昼环境下应用具有较大缺陷，因为白昼环境下杂光较强，增大通光孔径易导致 CCD饱和，从而无法对恒星进行探测；而且增大通光孔径会带来星光定向仪体积和重量的 增加，不利于平台的应用。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种提高星光定向仪动 态探测灵敏度的方法，通过优化定向仪自身参数，利用惯导系统误差的低频特性，融合惯导 系统提供的姿态和角速度信息，对图像进行平移和叠加，从而提高了星光定向仪的动态探 测灵敏度。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种提高星光定向仪动态探测灵敏度的方法，包括如 下步骤：
[0006] (1)使用移动平台自带的惯导系统测量移动平台动态角速度，并根据移动平台动 态角速度选择星光定向仪的曝光时间，使曝光时间内星光定向仪所产生图像中星点在CCD 像面上扫过的距离不大于一个像元；
[0007] (2)令星光定向仪连续曝光N帧图像并保存，其中，N为不小于2的正整数；
[0008] (3)使用惯导系统在每帧图像曝光时间的中心时刻测量移动平台姿态数据并存 储，其中，第i帧图像曝光时间的中心时刻移动平台姿态数据记为Q，i= 1，2,3···Ν;
[0009] (4)根据移动平台姿态数据(^对Ν帧图像进行平移、叠加，平移、叠加后图像第X 行、第Υ列像素的灰度值G(X，Y)为
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[0014] 其中，&(Χ，Υ)表示第i帧图像第X行、第Y列像素的灰度值，Q为第i帧图像曝 光时间的中心时刻移动平台姿态数据，f为星光定向仪焦距，P为星光定向仪CCD单个像元 的尺寸，Χ+ΧΑΚ,Υ+Υ#L，X= 1，2,3, "·Κ，Υ= 1，2,3, 一UK为图像中像素的行数，L为 图像中像素的列数；
[0015] (5)将平移、叠加后图像的灰度值G(X，Y)作为修正后星光定向仪曝光图像第X行、 第Y列像素的灰度值，生成修正星光定向仪曝光图像，然后提取图像的星点，完成星光定向 仪动态探测。
[0016] 所述的N为星光定向仪缺省曝光时间与步骤（1)确定的曝光时间比值的取整，其 中，缺省曝光时间为星光定向仪的默认曝光时间。
[0017] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0018] (1)本发明克服现有技术中移动平台动态角速度导致星点弥散灵敏度下降的缺 陷，通过优化星光定向仪自身参数并移动平台自带的惯导系统提供的姿态及角速度，对星 光定向仪图像进行叠加，提高了星光定向仪动态条件下的探测灵敏度；
[0019] (2)本发明方法与现有技术相比，无需增大星光定向仪的通光孔径，只是对星光定 向仪曝光时间进行优化，并利用惯导系统提供的姿态信息，提高了星光定向仪的动态探测 灵敏度，实现星光定向仪和惯导测量信息的双向融合，提高了星光/惯导组合导航系统的 性能；
[0020] (3)本发明方法克服了现有技术在白昼环境下杂光较强时，增大通光孔径导致 CCD饱和从而无法对恒星进行探测的缺陷，通过平移、叠加完成对了星光定向仪动态条件下 探测灵敏度的校正，在提高灵敏度的同时，还避免了星光定向仪体积和重量的增加。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明一种提高星光定向仪动态探测灵敏度的方法原理流程图；
[0022] 图2为未采用本发明方法时星点信噪比示意图；
[0023] 图3为采用本发明方法时星点信噪比示意图。
【具体实施方式】
[0024] 星光定向仪用于飞机、导弹、船舶等多个平台，与惯导系统组合实现高精度的组合 导航系统。星光定向仪通过对恒星矢量测量，实现对惯导系统数据的修正。由于星光定向 仪工作在白昼环境中，其探测灵敏度相对较低，而应用平台的动态角速度造成的星点弥散 则进一步降低了探测灵敏度，使得星光定向仪具有较差的环境适应性。惯导系统的误差为 低频项，在短时间内其姿态精度较高，因此融合惯导系统的姿态数据对图像进行叠加，可以 提高星光定向仪的探测灵敏度。
[0025] 本发明方法克服现有技术的不足，无需增大星光定向仪的通光孔径，通过对星光 定向仪曝光时间进行优化，并利用惯导系统误差低频、短期精度高的特性，融合惯导提供的 姿态信息，提高了星光定向仪的动态探测灵敏度，实现星光定向仪和惯导测量信息的双向 融合，提高了星光/惯导组合导航系统的性能。下面结合附图对本发明的做进一步的介绍。 如图1所示本发明方法具体实现方式如下：
[0026] (1)选择曝光时间
[0027] 使用移动平台自带的惯导系统测量移动平台动态角速度，并根据移动平台动态角 速度选择星光定向仪在平台动态情况下的曝光时间，使星点（即星光定向仪产生图像中的 星点）在曝光时间内在星光定向仪CCD像面上扫过的距离不大于一个像元。
[0028] (2)连续曝光N帧图像并保存
[0029] 连续曝光N帧图像，N为当前星光定向仪缺省曝光时间与步骤⑴确定的曝光时 间的比值取整（可以采用四舍五入的取整方式），其中，缺省曝光时间为定向仪上电后的默 认曝光时间。
[0030] (3)同步姿态信息记录
[0031] 星光定向仪曝光N帧图像期间，在每一帧图像的中心时刻（即每帧图像曝光时间 的中心时刻），令星光定向仪向惯导系统发送一个同步脉冲，惯导系统采集该脉冲，在接收 该脉冲的时刻测量移动平台姿态数据，并存储，将第i帧图像中心时刻移动平台的姿态数 据记为Q，i= 1，2,3…N。
[0032] (4)图像平移和叠加
[0033]N帧图像曝光完成后，惯导系统将姿态数据(；发送给定向仪，定向仪根据姿态数据 CJtN帧图像进行平移、叠加，叠加后的图像用于星点的提取和识别，叠加的公式如下：
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[0038] 其中，G(X，Y)表示叠加后的图像第X行、第Y列的图像灰度值，GJXJ)表示第i 帧图像第X行、第Y列的图像灰度值，Q为第i帧图像中心时刻移动平台的姿态数据，f为 星光定向仪焦距，P为星光定向仪C⑶单个像元的尺寸，X+XiSK，Y+YL，X= 1，2, 3,… K，Y= 1，2, 3,…L，K为图像中像素的行数，L为图像中像素的列数。
[0039] (5)将G(X，Y)作为修正后星光定向仪图像第X行、第Y列的图像灰度值，生成修正 星光定向仪图像，然后提取图像的星点，完成星光定向仪动态探测。下面结合实施例对本发 明进行进一步说明。
[0040] -台星光定向仪默认曝光时间为20ms，单个像元对应的视场角为8"，当角速度 为2° /s时，为保证在曝光时间内在星光定向仪(XD像面上扫过的距离不大于一个像元，曝 光时间选择应小于8Λ2Χ3600)X1000 = 1. 11ms，因此选择曝光时间为lms，选择连续曝光 帧数为，N= 20ms/lms= 20。
[0041] 连续曝光N帧图像并保存，并在星光定向仪曝光N帧图像期间，令星光定向仪向惯 导系统发送一个同步脉冲，惯导系统采集该脉冲，在接收该脉冲的时刻测量移动平台姿态 数据，存储并记为Q，i= 1，2,3…N。
[0042] 定向仪根据姿态数据(^对N帧图像进行平移、叠加得到叠加后的图像第X行、第Y 列的图像灰度值G(X，Y)。
[0043] 将G(X，Y)作为修正后星光定向仪图像第X行、第Y列的图像灰度值，生成修正星 光定向仪图像，然后提取图像的星点，完成星光定向仪动态探测。
[0044] 图2和图3分别为未采用本方法和采用本方法两种情况下的星点信噪比示意图， 通过比较发现，本方法能够有效的提高动态情况下星光定向仪的星点信噪比，从而提高探 测灵敏度。
[0045] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 一种提高星光定向仪动态探测灵敏度的方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 使用移动平台自带的惯导系统测量移动平台动态角速度，并根据移动平台动态角 速度选择星光定向仪的曝光时间，使曝光时间内星光定向仪所产生图像中星点在CCD像面 上扫过的距离不大于一个像元； (2) 令星光定向仪连续曝光N帧图像并保存，其中，N为不小于2的正整数； (3) 使用惯导系统在每帧图像曝光时间的中心时刻测量移动平台姿态数据并存储，其 中，第i帧图像曝光时间的中心时刻移动平台姿态数据记为C 1, i = 1，2,3···Ν ; (4) 根据移动平台姿态数据(^对N帧图像进行平移、叠加，平移、叠加后图像第X行、第 Y列像素的灰度值G (Χ，Υ)为其中，G1 (X，Υ)表示第i帧图像第X行、第Y列像素的灰度值，C1为第i帧图像曝光时 间的中心时刻移动平台姿态数据，f为星光定向仪焦距，P为星光定向仪CXD单个像元的尺 寸，X+XiS K，Y+Y L，K为图像中像素的行数，L为图像中像素的列数； (5) 将平移、叠加后图像的灰度值G(X，Y)作为修正后星光定向仪曝光图像第X行、第Y 列像素的灰度值，生成修正星光定向仪曝光图像，然后提取图像的星点，完成星光定向仪动 态探测。2. 根据权利要求1所述的一种提高星光定向仪动态探测灵敏度的方法，其特征在于： 所述的N为星光定向仪缺省曝光时间与步骤（1)确定的曝光时间比值的取整，其中，缺省曝 光时间为星光定向仪的默认曝光时间。
【专利摘要】一种提高星光定向仪动态探测灵敏度的方法，首先使用惯导系统测量移动平台动态角速度，并选择星光定向仪的曝光时间，然后令星光定向仪连续曝光多帧图像，同时在每帧图像曝光时间的中心时刻测量移动平台姿态数据，最后根据移动平台姿态数据对多帧图像进行平移、叠加，得到修正后的星光定向仪曝光图像，并提取图像的星点，完成星光定向仪动态探测。本发明通过优化星光定向仪自身参数并移动平台自带的惯导系统提供的姿态及角速度，对星光定向仪图像进行叠加，在提高星光定向仪动态条件下的探测灵敏度的同时，还避免了星光定向仪体积和重量的增加。
【IPC分类】G01C21/02
【公开号】CN105424033
【申请号】CN201510725466
【发明人】李晓, 王立, 武延鹏, 李全良, 刘婧, 梁士通, 米强, 马骏, 李春艳, 孙大开
【申请人】北京控制工程研究所
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年10月30日