[发明专利]基于点扩散函数波前修正的星点像质心计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及天文学和空间技术领域，特别涉及一种基于点扩散函数波前修正的星点像质心计算方法。

背景技术

天体测量通过测量天体在天球上的坐标来测量天体的位置、自行和视差，其对天文学和天体物理具有基础意义，也是大地测量、地面定位和导航的基础。星敏感器是天文导航系统中的关键仪器设备，可以为航天器姿态控制提供高精度的数据。它是通过测量恒星在星敏感器坐标系和地心坐标系的变换关系输出航天器三轴姿态。星点像的质心定位精度直接决定天体位置测量精度和航天器姿态测量精度。

当前，在天体测量领域和星敏感器领域，质心定位多采用直接计算重心方法者解析函数拟合等方法。直接计算重心法具有计算量小、计算速度快、容易操作等优点，但同样也具有测量精度低的缺陷。解析函数拟合方法人为地对点扩散函数的形状进行了假设，导致最终的测量精度很难再进一步提高。因此，如何既能加快计算速度，又能考虑点扩散函数的实际形状，成为业内人士改进质心定位方法的目标。

发明内容

本发明的目的在于克服已有的质心定位方法测量精度低的缺陷，从而提供一种能有效提高精度的质心定位方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于点扩散函数波前修正的星点像质心计算方法，包括：

步骤101、采集多帧星图；

步骤102、在所述星图中，找到每颗星点像峰值所在像素，并以星点像峰值所在像素为中心选择一个矩形区域，这个矩形区域包括星点像绝大部分能量，这个区域由测量精度需求决定，矩形区域行列像素数为奇数；

步骤103、在步骤102所得到的每颗星点像所在的矩形区域内，用光子权重平均的方法计算每颗星点像的k阶矩；

步骤104、根据步骤103所得到的k阶矩以及一个与所述k阶矩与峰值像素坐标的差成正比的偏差，得到星点像的真实质心坐标。

上述技术方案中，在步骤101中，还包括对所采集的多帧星图进行预处理，所述预处理包括扣除暗噪声、本底噪声，并进行平场修正。

上述技术方案中，在步骤101中，所采集的星图为真实星图，或在实验室利用光学成像模拟的星图。

上述技术方案中，在步骤103中，用光子权重平均的方法计算每颗星点像的k阶矩的计算公式如下：

其中，k为自然数，(r_g，c_g)为光子权重平均计算出的k阶矩，r表示行，c表示列；探测器阵列为m×n，(i，j)为像素阵列的行列指标，I_ij为第i行、第j列的灰度值。

上述技术方案中，在步骤104中，星点像的真实质心坐标采用如下公式计算得到：

其中，l，N为自然数，(r_a，c_a)为光子权重平均修正后计算出的真实质心坐标，(k_rl，k_cl)为行列方向的波前修正因子，(p_r，p_c)为行列方向的峰值像素坐标。

上述技术方案中，在步骤104中，通过最小二乘拟合得到星点像的真实质心坐标，具体包括：

步骤104-1、由所采集的星图生成如下函数矢量：

其中，

mRG_il＝(RG_i-PR_i)^l，

mCG_il＝(CG_i-kPC_i)^l，

其中，l，N为自然数，所采集的星图有M帧，每帧星图上有N个星点像；(RA_i,CA_i)为第i颗星点像的真实质心坐标，(RG_i,CG_i)为第i颗星点像的k阶矩，(kR_il,kC_il)为第i颗星点像的波前修正因子，(mRG_il,mCG_il)为第i颗星点像的光子权重平均k阶矩与峰值像素坐标的差；(dRA_i,dCA_i)为第i颗星点像所在帧图像相对于第一帧图像的平移，旋转矩阵R_i为第i颗星点像所在帧图像相对于第一帧图像的旋转矩阵；其中旋转矩阵R_i为

θ_i为一帧图像相对于第一帧图像的旋转角度；