動態(tài)星圖拖尾星像的數(shù)值模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種動態(tài)星圖拖尾星像的數(shù)值模擬方法。實現(xiàn)步驟如下：(1)確定龍哥庫塔積分步長，應(yīng)用龍格庫塔方法解算基于四元數(shù)的星敏感器姿態(tài)四元數(shù)運動學(xué)方程，得到曝光時間內(nèi)的星敏感器姿態(tài)四元數(shù)序列；(2)基于星敏感器姿態(tài)四元數(shù)序列求解視場內(nèi)所有模擬導(dǎo)航星在星敏感器本體系下的星光矢量序列；(3)依據(jù)光學(xué)系統(tǒng)模型，將星光矢量序列映射到星敏感器成像陣列面上，得到視場中每顆星的映射位置點序列；(4)以各位置點序列為中心建立二維高斯灰度點擴散函數(shù)，所有高斯點擴散函數(shù)作疊加，即可模擬出任一星的一條動態(tài)拖尾星像。本發(fā)明方法符合星光拖尾成像的物理過程，解決了星模擬器動態(tài)星圖模擬的關(guān)鍵問題，用以實現(xiàn)動態(tài)星圖模擬。
【專利說明】動態(tài)星圖拖尾星像的數(shù)值模擬方法
(—)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種動態(tài)拖尾星像的數(shù)值模擬方法，屬于圖像分析領(lǐng)域，是一項動態(tài)星圖模擬的關(guān)鍵技術(shù)。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]作為飛行器主要的姿態(tài)測量裝置之一，星敏感器定姿精度最高，誤差不隨時間積累，應(yīng)用越來越廣泛。星敏感器工程應(yīng)用最大的瓶頸性制約因素是載體機動導(dǎo)致的動態(tài)成像拖尾，星敏感器成像需要一定的曝光時間，在曝光時間內(nèi)，如果捷聯(lián)載體存在姿態(tài)機動，星光不再單純成像為能量聚集的單個星像點。而是一條能量沿拖尾軌跡延展、峰值灰度顯著下降、信噪比衰減的星像，稱為拖尾星像。星模擬器是星敏感器的試驗測試裝置，星敏感器動態(tài)圖像的處理能力的檢驗測試，需要星模擬器生成具有拖尾特征的動態(tài)星圖，星像動態(tài)拖尾已嚴(yán)重影響到星敏感器的功能，不可以再利用靜態(tài)星圖序列檢驗捷聯(lián)星敏感器算法的動態(tài)適應(yīng)能力。
[0003]當(dāng)星敏感器相對慣性系絕對靜止時，靜態(tài)星像呈近似圓形，能量也近似為二維高斯分布，如圖1所示。如果捷聯(lián)載體相對慣性系存在姿態(tài)機動，則在星敏感器本體產(chǎn)生相應(yīng)的三軸角速率，導(dǎo)致動態(tài)成像拖尾，如圖2所示，圖中星k相對星敏感器本體具有相對角運動。理想拖尾星像覆蓋范圍內(nèi)任一像素的能量，是幅值衰減的高斯點擴散函數(shù)沿拖尾軌跡的線積分。但程序中做線積分時間長，難以保障實時性，需要探索高實時性的拖尾星像數(shù)值模擬方法。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種動態(tài)拖尾星像的數(shù)值模擬方法。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]鑒于飛行器與星敏感器的捷聯(lián)安裝方式，利用安裝矩陣可以實現(xiàn)飛行器本體和星敏感器本體姿態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。利用安裝矩陣，將飛行器本體的三軸角速率轉(zhuǎn)換為星敏感器本體的三軸角速率，進而可以得到星敏感器的姿態(tài)四元數(shù)運動學(xué)方程。
[0007](I)確定龍格庫塔積分步長及姿態(tài)四元數(shù)序列解算。星像點二維高斯灰度分布的均方差作為星敏感器的一個內(nèi)參數(shù)，定義為星像點的高斯半徑。根據(jù)高斯半徑確定出時間步長?；谛敲舾衅鞯淖藨B(tài)四元數(shù)運動學(xué)方程并利用星敏感器四元數(shù)初值，進行龍格庫塔數(shù)值積分解算，依次解出在時段內(nèi)的星敏感器姿態(tài)四元數(shù)序列。
[0008](2)基于四元數(shù)序列求解視場內(nèi)所有星在星敏感器本體系下的星光矢量序列。
[0009](3)依據(jù)光學(xué)系統(tǒng)模型，將星光矢量序列映射到星敏感器成像陣列面上，依次得到視場中每顆星的映射位置點序列，作為動態(tài)拖尾星像中心軌跡的離散點，參看圖2動態(tài)拖尾成像機理及數(shù)值模擬方法示意圖。
[0010](4)以各映射位置點序列為中心，建立二維高斯灰度點擴散函數(shù)，對不同位置點處的高斯點擴散函數(shù)作疊加，即可模擬出每顆星的動態(tài)拖尾星像。圖3為一條動態(tài)拖尾星像的仿真圖。
(四)
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為靜態(tài)星像的灰度二維高斯分布仿真圖；
[0012]圖2為動態(tài)拖尾成像機理及數(shù)值模擬方法示意圖；
[0013]圖3為一條動態(tài)拖尾星像的仿真圖。
[0014]圖4為應(yīng)用本發(fā)明方法模擬動態(tài)拖尾星像的實施方式流程圖。
(五)
【具體實施方式】
[0015]下面以視場內(nèi)某顆星k為例，其赤經(jīng)赤緯為(ak，δ,)，結(jié)合附圖對本發(fā)明方法作進一步的描述和說明:
[0016](I)星敏感器姿態(tài)四元數(shù)定義為:Q = q0+q1i+q2j+q3k, (i，j，k分別為單位矢量，q。為標(biāo)量)，亦可表示為向量Q = Iiqtl, q” q2, q3]T?；谒脑獢?shù)Q的星敏感器姿態(tài)四元數(shù)運動學(xué)方程如下:
【權(quán)利要求】
1.一種動態(tài)星圖拖尾星像的數(shù)值模擬方法，其特征是所述方法包括如下步驟: (1)確定龍哥庫塔積分步長，應(yīng)用龍格庫塔方法解算基于四元數(shù)的星敏感器姿態(tài)四元數(shù)運動學(xué)方程，得到曝光時間內(nèi)的星敏感姿態(tài)四元數(shù)序列； (2)基于星敏感姿態(tài)四元數(shù)序列求解視場內(nèi)所有模擬導(dǎo)航星在星敏感器本體系下的星光矢量序列； (3)依據(jù)光學(xué)系統(tǒng)模型將星光矢量序列映射到星敏感器成像陣列面上，得到視場中每顆星的映射位置點序列； (4)以各位置點序列為中心建立二維高斯灰度點擴散函數(shù)，所有高斯點擴散函數(shù)作疊力口，即可模擬出任一星的一條動態(tài)拖尾星像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)星圖拖尾星像的數(shù)值模擬方法，其特征是:對基于四元數(shù)的星敏感器姿態(tài)運動學(xué)方程進行數(shù)值積分，解算得到曝光時間內(nèi)星敏感器本體的姿態(tài)四元數(shù)序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)星圖拖尾星像的數(shù)值模擬方法，其特征是:依據(jù)光學(xué)系統(tǒng)模型將光積分時段內(nèi)的星光矢量序列映射到星敏感器成像陣列面上，得到映射位置點序列，作為成像陣列面上的動態(tài)拖尾星像中心軌跡的離散點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的動態(tài)星圖拖尾星像的數(shù)值模擬方法，其特征是:以所有離散位置點為中心，建立二維高斯灰度點擴散函數(shù)，對所有高斯點擴散函數(shù)作疊加，即可模擬出一條動態(tài)拖尾星像。
【文檔編號】G01C21/02GK104132661SQ201410393788
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】王海涌, 宋振飛, 李鎮(zhèn) 申請人:北京航空航天大學(xué)
山東科威數(shù)控機床有限公司銑床官方網(wǎng)站今天是：2024-10-23切換城市[全國]-網(wǎng)站地圖
專業(yè)數(shù)控銑床產(chǎn)品供應(yīng)商
20年生產(chǎn)經(jīng)驗，實力工廠，精工品質(zhì)，質(zhì)量有保障
