[发明专利]一种基于迭代遍历的星敏感器抗杂光星点提取方法及装置

说明书

一种基于迭代遍历的星敏感器抗杂光星点提取方法及装置，所述方法在全图随机生成N个窗口，分别计算每个窗口均值、阈值，在窗口内利用计算的窗口阈值通过遍历连通域方式进行星点提取；利用一阶质心法计算星点位置坐标，并存储各星点能量信息；将提取出的有效星点按能量进行排序，保留最亮的n颗星点坐标，同时随机生成N‑n个窗口坐标；利用上述保留的n颗星点坐标及随机生成的窗口坐标用于下一帧星图开窗；迭代执行上述步骤，在多次遍历后即可提取得到星图中N_star颗最亮星点，利用该N_star颗星点进行后续全天星图识别及姿态计算。本发明有效解决了产品在轨受杂光干扰不能快速输出有效姿态的问题，显著提升了星敏感器在轨抗杂光能力。

技术领域

本发明属于卫星姿态控制技术领域，涉及一种基于迭代遍历的星敏感器抗杂光星点提取方法及装置。

背景技术

星敏感器通过对空间恒星成像，获得恒星观测矢量，采用星图匹配的方法确定星敏感器光轴在惯性空间的指向，利用星敏感器本体坐标系和卫星姿态坐标系的转换关系，确定卫星姿态。

星点提取算法是星敏感器实现高精度姿态测量精度的基础，也是目前星敏软件处理过程中耗时较长部分之一，星点定位精度直接影响星图识别成功概率及姿态解算的有效性。

星敏感器有全天捕获模式和跟踪模式2种工作模式，其中初始姿态捕获就是在全天球范围内对成像器件所得到的观测星图进行匹配、识别，计算初始姿态；跟踪模式是根据初始姿态信息估计当前图像对应姿态信息，预测当前时刻星图中星点的位置，然后寻找观测星图中对应预测星点位置区域是否存在真实星点，再进行局部星点提取与星图识别，提升星点提取与星图识别速度。

星敏感器正常工作时均处于跟踪模式，但其进入跟踪模式的前提是需有初始姿态信息。产品在轨受杂光或动态影响在跟踪模式下无法连续输出有效姿态数据时，其工作模式由跟踪模式切换至全天捕获模式。

目前针对星敏感器全天捕获模式的星点提取算法主要有扫描法、矢量法、高通滤波法和局部熵法等，其中扫描法只需一次阈值扫描即可确定星图中所有可能的星点目标，但这种简单阈值扫描技术对噪声非常敏感，若星图背景噪声较大，则会产生大量虚假星点，使得后续聚类过程非常耗时，且部分虚假星点与真实星点形状相似，通过伪星判别方法不能有效剔除，可能参与到后续星图识别过程中，影响识别成功概率；矢量法可以看作是扫描法的快速算法，它引入两个整数矢量，仅做一次星图扫描，即可得出所有候选星点位置信息，但其提取星点数量是固定的，且该算法对图像背景噪声也很敏感，在图像背景噪声较大时，提取星点目标中伪星数量增长较快，容易达到星点存储数量上限，影响后续星图识别结果；高通滤波法采用Bernsen动态阈值对高通滤波后的星图进行候选星点目标的提取，由于虚假目标太多，需要对每个窗口内的候选星点目标进行二次提取，但该算法对杂光背景适应性较差，若图像受杂光影响背景起伏较大，则处理效果不佳；局部熵法根据星图局部熵的变化，得到星图中各星点目标区域，然后求取各星点目标的准确位置，该算法需要预先知道星点目标的个数，不适用于全天捕获模式星点提取，且定位精度与局部窗口的大小关系密切，如果目标恰好分布在多个局部窗口内，将造成较大的位置误差。

综上所述，扫描法、矢量法、高通滤波法对杂光背景适应性较差，局部熵法不适用于全天捕获模式，且提取星点位置误差较大。

目前由于部分卫星平台已不再使用红外地球敏感器，在星箭分离后需快速启动星敏加电，输出姿态数据用于卫星定姿。该情况下，由于星箭分离时产生大量的灰尘碎片极大可能进入星敏感器视场，导致产品在一段时间内受杂光干扰，无法输出有效姿态数据。星敏感器在轨正常工作时，受安装位置及卫星轨道影响，普遍存在受太阳、地气光等杂光影响，在太阳或地气光影响较大且像面未饱和时产品存在退模式情况；在杂光干扰源减弱后，产品需要很长时间才能恢复正常跟踪模式，对于系统使用存在一定程度影响。