本发明涉及一种用于静止轨道对地观测卫星线列仪器的恒星质心提取方法，属于卫星图像处理技术领域。
背景技术：
静止轨道对地观测卫星位于地球赤道上空约35800公里，与地球自转同步运行，相对地球静止，可以观测地球表面三分之一的固定区域，可以对同一目标地区进行持续不断的观测，是从外层空间对地球及其大气层进行观测的人造地球卫星。
静止轨道对地观测卫星采用三轴稳定平台，可以提高对地观测精度、观测频次及观测区域的灵活性，实现技术上的重大跨越。但是，三轴稳定的姿态控制方式，给静止轨道对地观测卫星的高精度定位带来了很大挑战。而该对地观测卫星的高精度定位依赖于在轨的恒星观测。因此，高精度的恒星质心提取是三轴稳定的静止轨道对地观测卫星定位的重中之重，其精度直接影响着静止轨道对地观测卫星定位的精度，从而影响着产品生成及资料的定量应用。
如图1所示，现有的恒星质心提取方法主要基于单帧图像，由于经去噪处理后得到的单帧图像还包含很强的固定模式噪声及随机噪声，从而影响了对恒星的检测、识别及定位算法的开展；并且由于对地观测卫星上的仪器大多采用聚焦观测模式，星点在星图中的尺寸小，基于单帧图像使用灰度重心法也很难获取高精度的恒星质心坐标；另外，若仪器相邻列之间存在间隙，导致观测图像不连续，也给高精度的恒星质心提取带来了很大困难。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于静止轨道对地观测卫星线列仪器的恒星质心提取方法。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种用于静止轨道对地观测卫星线列仪器的恒星质心提取方法，包括如下步骤：
步骤s1：下载并解析静止轨道对地观测卫星线列仪器的恒星观测数据；
步骤s2：将解析出的恒星观测图像序列进行预处理；
步骤s3：利用星点检测算法对去除固定模式噪声后的图像序列进行恒星信号响应区域检测，确定出每帧图像对应的恒星区域；
步骤s4：对每帧图像中恒星划过各列像元进行能量响应曲线拟合，确定出恒星划过各列像元中心的成像时刻；
步骤s5：通过恒星轨迹拟合法得到恒星轨迹拟合方程，并计算精确的恒星质心亚像素坐标序列；
步骤s6：从精确的恒星质心亚像素坐标序列中选取最准确的恒星质心亚像素坐标作为恒星质心亚像素坐标。
其中较优地，步骤s2中，对所述恒星观测图像序列进行预处理包括光学系统校正和去除固定模式噪声；
其中，在所述光学系统校正过程中，根据由冷空和黑体数据生成的归一化定标表，对每一帧图像的灰度值进行辐射校正。
其中较优地，在去除所述固定模式噪声过程中，剔除所述恒星观测图像序列中的异常帧，求取剔除异常帧后的图像序列的灰度值的平均值，作为固定模式噪声图像；其中所述图像序列的同一像元的灰度平均值表示为：
im(i,j)为图像序列的同一像元的灰度平均值；ik(i,j)为第k帧图像中位于第i列、第j行的像元的灰度值；n为图像序列的总帧数。
其中较优地，步骤s22中，将每帧所述原始图像的灰度值减去所述固定模式噪声图像的灰度值，并将相减后灰度值小于0的像元的灰度值置为0后，获得去除所述固定模式噪声后的图像序列。
其中较优地，在步骤s3中，所述星点检测算法步骤如下：
步骤s31：对去除固定模式噪声后的图像序列在时间域上进行低通滤波处理；
步骤s32：针对经过低通滤波处理后的图像序列，根据每帧图像中所有像元的能量响应峰值，确定出恒星划过各列像元的纵向位置；
步骤s33：根据恒星划过各列像元的纵向位置，确定出恒星划过各列像元时的能量响应峰值，得到恒星划过像元中心的帧序号信息；
步骤s34：确定恒星观测图像序列中每一帧图像对应的恒星区域。
其中较优地，步骤s34中，根据恒星划过每列像元能量响应持续帧数、相邻两列像元的能量响应峰值之间间隔帧数及恒星划过所述像元中心的所述帧序号信息，得到所述恒星观测图像序列中每一帧图像对应的恒星区域；其中，恒星划过每列像元能量响应持续帧数及相邻两列像元的能量响应峰值之间间隔帧数分别表示为：
l为恒星划过每列像元能量响应持续帧数；d为相邻两列像元的能量响应峰值之间间隔帧数；d为恒星星斑直径；vs为恒星在像面上运动速度；f为成像帧频。
其中较优地，在步骤s4中，对每帧所述图像中恒星划过各列所述像元进行能量响应曲线拟合，确定出所述恒星划过各列所述像元中心的成像时刻的步骤如下：
步骤s41：将每帧图像中各列像元纵向方向(y坐标方向)进行能量投影，计算出各列像元的恒星能量响应值；
步骤s42：对各列像元进行能量响应曲线拟合，获取与各列像元相对应的高斯分布方程；
步骤s43：根据各列像元对应的高斯分布方程，计算恒星划过各列像元中心的成像时刻。
其中较优地，步骤s41中，选取恒星能量中心划过每列像元的3×1像元范围的像元灰度值进行投影，作为在该帧图像中本列像元的恒星能量响应值，计算公式如下：
其中，eki为第k帧图像中第i列像元在3×1像元范围内的恒星能量响应值；c为恒星质心所在行号；ik(i,j)为第k帧图像中位于第i列、第j行的像元的恒星能量响应值。
其中较优地，步骤s42中，对每帧所述图像的各列所述像元的恒星能量投影序列在时间上进行最小二乘高斯拟合，获得与各列所述像元相对应的高斯分布方程，所述高斯分布方程如下：
其中，e为每列像元的恒星能量响应值；
其中较优地，步骤s43中，初提取得到与所述恒星划过各列所述像元中心时的所述成像时刻相对应的恒星质心亚像素横坐标，所述成像时刻表示为：
其中，tc表示恒星划过像元中心的成像时刻。
其中较优地，步骤s5中，所述恒星轨迹拟合法的步骤如下：
步骤s51：根据得到的恒星观测图像序列的多个恒星区域，得到初提取的恒星质心亚像素纵坐标序列；
步骤s52：利用最小二乘迭代拟合的方式剔除初提取的恒星质心亚像素纵坐标序列的误差点，并对初提取的恒星质心亚像素横坐标进行最小二乘拟合；
步骤s53：将剔除误差点后的初提取的恒星质心亚像素坐标序列进行最小二乘拟合，得到恒星轨迹拟合方程，并计算精确的恒星质心亚像素坐标序列。
其中较优地，步骤s51中，根据确定的每帧所述图像对应的恒星区域，得到所述恒星观测图像序列的多个恒星区域，分别对多个所述恒星区域使用灰度重心法进行初提取的恒星质心划过各列所述像元的亚像素纵坐标计算，所述纵坐标计算公式如下：
其中，ω表示每帧图像对应的恒星区域；i(i,j)为位于第i列、第j行的像元的能量响应值。
其中较优地，步骤s52中，将所述初提取的恒星质心亚像素横向坐标及纵向坐标分别与所述成像时刻进行最小二乘拟合，对应的最小二乘公式如下：
其中，
其中较优地，步骤s53中，所述恒星轨迹拟合方程表示为：
其中，xaccu、yaccu为求得的每一帧图像对应的精确恒星质心亚像素坐标；taccu为每一帧图像对应的成像时刻；
其中较优地，步骤s6中，从精确的所述恒星质心亚像素坐标序列中选取最准确的所述恒星质心亚像素坐标的步骤如下：
步骤s61：在精确的恒星质心亚像素坐标序列中，分别计算每个精确的恒星质心亚像素坐标与对应的初提取的恒星质心亚像素坐标之间的欧氏距离；
步骤s62：选择与初提取的恒星质心亚像素坐标之间的欧式距离最小的精确的恒星亚像素坐标，作为最准确的恒星质心亚像素坐标。
本发明所提供的用于静止轨道对地观测卫星线列仪器的恒星质心提取方法一方面采用对线列仪器观测图像序列分别进行光学系统校正、去除固定模式噪声及低通滤波处理，不仅提高了图像的信噪比，还提高了恒星信号响应区域检测的准确率。另一方面，采用能量响应曲线拟合及灰度重心法分别对应获取初提取的恒星质心的亚像素横坐标及纵坐标序列，并剔除初提取的恒星质心的亚像素纵坐标序列中的误差点，采用恒星轨迹拟合法抑制误差点对恒星轨迹拟合方程的影响，使最终得到的恒星拟合轨迹方程更为准确；相比于单帧图像提取的质心坐标，采用本发明的方法确定出的恒星质心坐标受到噪声影响更小，计算精度更高。
附图说明
图1为现有的恒星质心提取方法的流程图；
图2为本发明所提供的用于静止轨道对地观测卫星线列仪器的恒星质心提取方法的流程图；
图3a为本发明所提供的恒星质心提取方法中，单帧原始图像的示意图；
图3b为本发明所提供的恒星质心提取方法中，单帧去除固定模式噪声图像的示意图；
图4为本发明所提供的恒星质心提取方法中，从原始观测图像序列中确定固定模式噪声图像；
图5a为本发明所提供的恒星质心提取方法中，每帧图像未去除固定模式噪声的效果示意图；
图5b为本发明所提供的恒星质心提取方法中，每帧图像去除固定模式噪声后的效果示意图；
图6为本发明所提供的恒星质心提取方法中，线列仪器恒星观测示意图；
图7a为本发明所提供的恒星质心提取方法中，恒星划过像元的低通滤波处理效果图；
图7b为本发明所提供的恒星质心提取方法中，没有恒星划过像元的低通滤波处理效果图；
图8为本发明所提供的恒星质心提取方法中，每帧图像中所有像元的能量响应峰值示意图；
图9为本发明所提供的恒星质心提取方法中，恒星划过4列像元的时刻(帧序号)与列号的对应关系示意图；
图10为本发明所提供的恒星质心提取方法中，恒星划过各列像元时的能量响应曲线示意图；
图11为本发明所提供的恒星质心提取方法中，点光源能量响应示意图；
图12为本发明所提供的恒星质心提取方法中，每帧图像中各列像元纵向方向能量投影示意图；
图13为本发明所提供的恒星质心提取方法中，各列像元的恒星能量投影序列在时间上进行最小二乘高斯拟合结果示意图；
图14为本发明所提供的恒星质心提取方法中，去除初提取的恒星质心纵坐标序列的误差点的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。
如图2所示，本发明所提供的用于静止轨道对地观测卫星线列仪器(以下简称线列仪器)的恒星质心提取方法包括如下步骤：
步骤s1：下载并解析静止轨道对地观测卫星线列仪器的恒星观测数据；
下载来自静止轨道对地观测卫星下传的线列仪器的恒星观测数据，由于下载的恒星观测数据以数据包文件的形式存在，因此依据格式说明，可以从下载的恒星观测数据包文件中解析出恒星观测图像序列、图像成像时刻、成像帧频等辅助信息，以便为后续高精度的恒星质心提取奠定基础。其中，恒星观测图像序列中，每一帧恒星观测图像尺寸为32×4像素。根据成像帧频的不同(250hz～1000hz)，图像帧数也不固定，一般为1000～4000帧不等。
步骤s2：将解析出的恒星观测图像序列进行预处理；
解析出的恒星观测图像序列需要依次进行光学系统校正、固定模式噪声去除处理；其中，当对恒星观测图像序列进行光学系统校正时，由于仪器的不同像元对光的敏感性存在一定差异，因此可以采用由定标系统利用冷空和黑体等数据获取的归一化定标表，并根据归一化定标表对每一帧图像的灰度值进行辐射校正，即根据归一化定标表中的映射关系校正每一帧图像中的每个像元灰度值(每一帧图像包括128个像元)。对每一帧图像的灰度值进行辐射校正的目的在于：1、尽可能消除因传感器自身条件、太阳位置和角度条件及某些不可避免的噪声等引起的传感器的测量值与目标的光谱反射率或光谱辐射亮度等物理量之间的差异；2、尽可能恢复图像的本来面目，为遥感图像的识别、分类、解译等后续工作奠定基础。
由于地球大气反射光等外界杂散光的影响，解析出的恒星观测图像序列中会包含很强的固定模式噪声(如图3a所示)，严重影响了图像信噪比；因此，去除恒星观测图像序列中的固定模式噪声可以有效提升图像信噪比(如图3b所示)，可以保证后续恒星质心的检测、识别、定位算法的开展。当对恒星观测图像序列进行固定模式噪声去除处理时，可以采用如下步骤：
步骤s21：计算出固定模式噪声图像；
如图4所示，剔除原始恒星观测图像序列中的异常帧，求取剔除异常帧后的图像序列的灰度值的平均值，作为固定模式噪声图像。其中，图像序列的同一像元的灰度平均值表示为：
其中，im(i,j)为图像序列的同一像元的灰度平均值，ik(i,j)为第k帧图像中位于第i列、第j行的像元的灰度值，n为图像序列的总帧数。由于一帧图像由128个像元组成，因此由公式(1)可求得128个灰度平均值，这128个灰度平均值组成了固定模式噪声图像。
步骤s22：根据固定模式噪声图像，确定去除固定模噪声后的图像序列；
将每帧原始图像的灰度值减去固定模式噪声图像的灰度值，并将相减后灰度值小于0的像元的灰度值置为0，即可获得去除固定模式噪声后的图像序列。为方便显示图像序列的固定模式噪声去除效果，如图5a和图5b所示，可以将每帧图像(尺寸为32×4像素)按照列优先的方式变形为一个列向量(尺寸为128×1像素)，并将变形后的列向量按行排列；其中，图像的一列表示一帧图像，4条亮线表示恒星划过4列像元(如图6所示)时的信号响应；图像的一行表示一个像元随着时间的能量响应变化。
步骤s3：利用星点检测算法对去除固定模式噪声后的图像序列进行恒星信号响应区域检测，确定出每帧图像对应的恒星区域；
如图6所示，每一帧恒星观测图像尺寸为32×4像素，其中，白色方格表示成像像元，共4列，每列紧密排布32个像元，即排列32行像元；每个像元张角为14微弧度(μrad)；相邻两列像元之间有一列间隙，一列间隙的尺寸和形状与一列像元相同，如图6中灰色方格所示。一次恒星观测中，恒星会从左向右依次划过成像面阵(简称像面)的4列像元，得到一帧恒星观测图像；而恒星信号响应区域检测的目的即检测到每帧图像对应的恒星区域。
在去除固定模式噪声后的图像序列中，恒星目标在每帧图像上呈孤点状，由于相邻两列像元之间间隙的存在，恒星质心周围2×1像元区域内的像元可能会有能量响应，但目标整体较小，特征较弱，且与噪点特征相近；当恒星较暗时，与噪点几乎无法区分。若直接在单帧图像上进行恒星信号响应区域检测，得到的虚警较多，会严重影响高精度恒星质心提取算法的开展。因此，本发明采用星点检测算法对去除固定模式噪声后的图像序列进行恒星信号响应区域检测，该星点检测算法包括如下步骤：
步骤s31：对去除固定模式噪声后的图像序列在时间域上进行低通滤波处理；
由于去除固定模式噪声后的图像序列中仍有较强的高频噪声，会严重影响恒星信号响应区域检测。为了抑制去除固定模式噪声后的图像序列中的高频噪声的影响，提高恒星信号响应区域检测的准确率，对对去除固定模式噪声后的图像序列在时间域上进行低通滤波处理，截止频率可以选用10hz。如图7a和图7b所示，经低通滤波处理后的图像序列，恒星从左向右依次划过像面的4列像元会有明显的响应峰值出现，可以方便的完成恒星信号响应区域检测。
步骤s32：针对经过低通滤波处理后的图像序列，根据每帧图像中所有像元的能量响应峰值，确定出恒星划过各列像元的纵向位置；
经过低通滤波处理后的图像序列中，由于每帧图像包括4列像元，通过计算出每帧图像的各列像元中所有像元的能量响应峰值(像元的灰度值)，并根据各列像元中所有像元的能量响应峰值，确定出每列像元中能量响应峰值最大的像元所处的行号，即为恒星划过该列像元的纵向位置。例如，如图8所示，每帧图像的各列(4列)像元中，每列像元中能量响应峰值最大的像元所处的行号为31行，即恒星依次划过第31行像元。
由于在恒星观测期间，恒星轨迹可能存在一定的倾角，导致在纵向(y坐标)方向上跨越像元，同时考虑噪声影响，致使4列像元能量响应峰值最大的像元所处行号可能不同，因此可以采用以下判断逻辑进行处理：
将4列像元能量响应峰值最大的像元所处行号{c1,c2,c3,c4}进行聚类，距离为1个像元的2个行号聚为一类，聚类后的行号选用两者之间能量响应峰值较大的一个。例如，4列像元能量响应峰值最大的像元所处行号为{1,1,2,9}，对应的能量响应峰值分别为{e1,e2,e3,e4}，而有e2＞e3，则前3个行号聚为一簇，聚类结果为{1,9}。根据聚类后的簇数n，当n＝1时：聚类结果即为恒星划过像元的行号；n＝2时：若其中一簇由3个行号聚类而成，则该行号为本步检测结果；若两簇分别由2个行号聚类而成，则判定为检测失败；n≥3时：判定为检测失败。
步骤s33：根据恒星划过各列像元的纵向位置，确定出恒星划过各列像元时的能量响应峰值，得到恒星划过像元中心的帧序号信息；
由于恒星质心刚好划过像元中心时，该像元能量响应最大，因此，随着恒星轨迹划过像面，使得从左到右4列像元会依次出现能量响应峰值。例如，步骤s32中确定了恒星依次划过每列像元中的第31行像元，但是不清楚到底哪帧图像中恒星近似划过像元中心。因此，在经过低通滤波处理后的图像序列中，确定出每帧图像的各列像元中的第31行像元的能量响应峰值(像元的灰度值)；比较与多帧图像对应的各列像元的第31行像元的能量响应峰值，选出每列像元中最大的像元的能量响应峰值所对应的帧序号，作为该帧图像中恒星近似划过该列像元的第31行像元中心。如图10所示，大概在第1150帧图像中，恒星近似划过第1列像元的第31行像元中心，第1375帧图像中，恒星近似划过第2列像元的第31行像元中心，第1600帧图像中，恒星近似划过第3列像元的第31行像元中心，第1800帧图像中，恒星近似划过第4列像元的第31行像元中心。
经步骤s33处理，获得恒星划过4列像元的时刻(帧序号)与列号的对应关系如9所示，{t'1,t'2,t'3,t'4}表示恒星划过4列像元中心的时刻。结合步骤s32中获得的恒星质心所在行号，即可获得每帧图像上恒星像点所在的3×1像元区域。如图9所示，t′m时刻图像中的恒星区域为(c-1，c,c+1)，其中c表示检测到的像元行号。
步骤s34：确定恒星观测图像序列中每一帧图像对应的恒星区域；
由于在静止轨道对地观测卫星中，恒星在像面划过一条直线轨迹，且直线方向近似水平。恒星在像面上运动的速度计算公式如下：
其中，t为卫星轨道周期，静止轨道对地观测卫星的轨道周期等于一个恒星日，即23h56min4s；r为线列仪器角度分辨率，即每个像元对应的光学张角，为14μrad/px。经公式(2)计算可得，恒星在线列仪器像面上运动速度等于5.2087px/s。恒星划过每一列像元能量相应持续帧数及相邻两列像元的能量响应峰值之间间隔帧数可以分别表示为：
(4)
其中，l为恒星划过每列像元能量响应持续帧数；d为相邻两列像元的能量响应峰值之间间隔帧数；d为恒星星斑直径，单位为像元；vs为恒星在像面上运动速度；f为成像帧频。以星斑直径约为2px，成像帧频为500hz为例，将公式(2)得出的恒星在线列仪器像面上运动速度、星斑直径及成像帧频对应带入公式(2)和公式(3)中，可以计算出每条恒星轨迹在每列像元上的能量响应长度约为288帧；相邻两列像元的能量响应峰值之间间隔约为192帧。同时，结合步骤s33中得到的恒星划过像元中心的帧序号信息，即可获得在整个恒星观测图像序列中每一帧图像对应的恒星区域。
步骤s4：对每帧图像中恒星划过各列像元进行能量响应曲线拟合，确定出恒星划过各列像元中心的成像时刻；
如图11所示，在成像系统中，点光源的能量大致符合二维高斯分布，假定点光源x、y方向能量响应互相独立且分布一致，每一个像元的星点能量可以表示为：
其中,σ表示高斯分布的标准差，(xc,yc)表示恒星质心真值，μ(x,y)表示每一个像元的星点能量。
二维高斯分布的两个边缘分布均为一维高斯分布，即满足：
其中，f(x)表示x方向的星点能量，f(y)表示y方向的星点能量。由于线列仪器观测恒星过程中，恒星轨迹近似于水平，恒星划过像元纵向方向(y坐标方向)位移极小，因此只对恒星划过像元横向方向(x坐标方向)进行能量响应曲线拟合，具体步骤如下：
步骤s41：将每帧图像中各列像元纵向方向(y坐标方向)进行能量投影，计算出各列像元的恒星能量响应值；
由于恒星划过一列像元时，其能量覆盖范围可能超过一个像元，为求得精确的像元能量响应曲线拟合结果；在每帧图像中，可以选取恒星能量中心划过每列像元的3×1像元范围(如图12矩形框所示)的像元灰度值进行投影，作为在该帧图像中本列像元的恒星能量响应值，计算公式如下：
其中，eki为第k帧图像中第i列像元在3×1像元范围内的恒星能量响应值，c为恒星质心所在行号，ik(i,j)为第k帧图像中位于第i列、第j行的像元的恒星能量响应值。
步骤s42：对各列像元进行能量响应曲线拟合，获取与各列像元相对应的高斯分布方程；
对每帧图像的各列像元的恒星能量投影序列在时间上进行最小二乘高斯拟合，可获得与各列像元相对应的高斯分布方程，高斯分布方程如下：
其中，e为每列像元的恒星能量响应值，
步骤s43：根据各列像元对应的高斯分布方程，计算恒星划过各列像元中心的成像时刻；
在每帧图像中，由与各列像元相对应的高斯分布方程可知，恒星划过各列像元中心时对应高斯曲线峰值位置，即有：
其中，tc表示恒星划过像元中心的成像时刻；据此，可求出恒星依次划过像面的4列像元中心时对应的成像时刻{t1,t2,t3,t4}。由于相邻两列像元之间的间隙为一个像元，因此，恒星划过第一列像元中心时对应的横向坐标(x坐标)位置为0.5像元，恒星划过第二列像元中心时对应的横向坐标(x坐标)位置为2.5像元，恒星划过第3列像元中心时对应的横向坐标(x坐标)位置为4.5像元，恒星划过第4列像元中心时对应的横向坐标(x坐标)位置为6.5像元，即初提取得到与恒星划过像面的各列像元中心时的成像时刻相对应的恒星质心亚像素横坐标为{0.5,2.5,4.5,6.5}。
步骤s5：通过恒星轨迹拟合法得到恒星轨迹拟合方程，并计算精确的恒星质心亚像素坐标序列；
通过恒星轨迹拟合法得到的恒星轨迹拟合方程，可以为后续从线列仪器恒星观测图像序列中精确提取恒星质心坐标序列奠定基础。该恒星轨迹拟合法具体步骤如下：
步骤s51：根据得到的恒星观测图像序列的多个恒星区域，得到初提取的恒星质心亚像素纵坐标序列；
根据步骤s3确定的每帧图像对应的恒星区域，得到了恒星观测图像序列的多个恒星区域，分别使用灰度重心法进行初步提取恒星质心划过各列像元的亚像素纵坐标(y坐标)计算。计算公式如下：
其中，ω表示每帧图像对应的恒星区域，i(i,j)为位于第i列、第j行的像元的能量响应值(灰度值)。本处理算法中，取3×3像元范围。根据公式(10)，可计算出多个初提取的恒星质心的亚像素纵坐标序列{y1,y2,...,yn}，n表示与恒星观测图像序列对应的恒星区域数目,n为正整数，yn表示第n个恒星区域对应的初提取的恒星质心的亚像素纵坐标。
步骤s52：利用最小二乘迭代拟合的方式剔除初提取的恒星质心亚像素纵坐标序列的误差点，并对初提取的恒星质心亚像素横坐标进行最小二乘拟合；
由于噪声、算法能力局限等影响，初提取的的恒星质心纵坐标与恒星质心坐标真值之间往往存在一定偏差，不满足精确恒星质心亚像素坐标提取任务要求。而且个别初提取的恒星质心亚像素纵坐标与恒星质心亚像素纵坐标真值之间存在较大的偏差，会对恒星轨迹拟合方程产生较大的影响，降低了恒星轨迹拟合的精度。因此，需要使用最小二乘迭代拟合的方式剔除初提取的的恒星质心亚像素纵坐标序列中的误差点。
由于恒星质心在纵向方向的初提取的亚像素坐标序列存在误差，而相比之下成像时刻是准确的，因此将恒星质心纵向方向的初提取的亚像素坐标序列分别与步骤s4确定的成像时刻进行最小二乘拟合。恒星质心纵向方向的初提取的亚像素坐标序列对应的最小二乘公式如下：
为了提高恒星轨迹拟合的精度，保证后续能准确获取恒星轨迹拟合方程，需要对恒星质心在横向方向的初提取的亚像素坐标进行最小二乘拟合，其最小二乘公式如下：
其中，
步骤s53：将剔除误差点后的初提取的恒星质心亚像素坐标序列进行最小二乘拟合，得到恒星轨迹拟合方程，并计算精确的恒星质心亚像素坐标序列。
剔除误差点后的初提取的恒星质心亚像素纵坐标序列进行最小二乘拟合，其与经过最小二乘拟合的初提取的恒星质心亚像素横坐标组合，得到恒星轨迹拟合方程如下：
其中，xaccu、yaccu表示求得的每一帧图像对应的精确恒星质心亚像素坐标，taccu表示每一帧图像对应的成像时刻(图像序列观测时刻)；
步骤s6：从精确的恒星质心亚像素坐标序列中选取最准恒星质心亚像素坐标作为恒星质心亚像素坐标。
从精确的恒星质心亚像素坐标序列中选取最准恒星质心亚像素坐标的步骤如下：
步骤s61：在精确的恒星质心亚像素坐标序列中，分别计算每个精确的恒星亚像素坐标与对应的初提取的恒星质心亚像素坐标之间的欧氏距离；
将分别计算的每个精确的恒星亚像素坐标与对应的初提取的恒星质心亚像素坐标之间的欧氏距离，作为选取最准恒星质心坐标的依据；
步骤s62：选择与初提取的恒星质心亚像素坐标之间的欧式距离最小的精确的恒星亚像素坐标，作为最准确的恒星质心亚像素坐标。
本发明所提供的用于静止轨道对地观测卫星线列仪器的恒星质心提取方法一方面采用对线列仪器观测图像序列分别进行光学系统校正、去除固定模式噪声及低通滤波处理，不仅提高了图像的信噪比，还提高了恒星信号响应区域检测的准确率。另一方面，采用能量响应曲线拟合及灰度重心法分别对应获取初提取的恒星质心的亚像素横坐标及纵坐标序列，并剔除初提取的恒星质心的亚像素纵坐标序列中的误差点，采用恒星轨迹拟合法抑制误差点对恒星轨迹拟合方程的影响，使最终得到的恒星拟合轨迹方程更为准确；相比于单帧图像提取的质心坐标，采用本发明的方法确定出的恒星质心坐标受到噪声影响更小，计算精度更高。
以上对本发明所提供的用于静止轨道对地观测卫星线列仪器的恒星质心提取方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本发明专利权的保护范围。