动态拖尾星像中心轨迹的模拟方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例涉及一种动态拖尾星像的中心轨迹模拟方法及装置，包括：根据星敏感器坐标系中沿x轴和y轴的角速度，分别计算所述星像在成像面y轴方向的第一线速度分量，和在成像面x轴方向第一线速度分量，再根据星敏感器光轴z轴的角速度，计算所述星像在y轴方向第二线速度分量，和在x轴方向第二线速度分量；将所述x轴第一线速度分量和所述x轴第二线速度分量进行加和处理，获得x轴方向星像拖尾线速度；将所述y轴第一线速度分量和所述y轴第二线速度分量进行加和处理，获得y轴方向星像拖尾线速度；根据所述x轴线速度和y轴线速度组成的微分方程组，求解中心轨迹点坐标(x,y)，用来模拟所述动态拖尾星像的中心轨迹。由此，实现了围绕拖尾轨迹灰度扩散的动态星像模拟。

【技术实现步骤摘要】
动态拖尾星像中心轨迹的模拟方法及装置(一)
本专利技术涉及图像分析领域，尤其涉及一种动态拖尾星像中心轨迹的模拟方法及装置。(二)
技术介绍
星敏感器作为一种高精度的姿态敏感器应用得越来越广泛。然而，姿态机动造成的动态成像拖尾，一直是制约捷联星敏感器应用的瓶颈因素，至今仍是困扰业界的亟待解决的技术难题。星敏感器在惯性坐标系下保持绝对静止的条件下，参照图6所示的理想几何光学成像模型，平行星光静态成像的星像点的能量分布近似符合高斯分布，呈圆形，如图1所示，8个星像点旁附有微观放大的像元灰度图；在惯性坐标系下星敏感器如果具有角速率，动态星像则沿拖尾轨迹拉伸，在能量保持不变的条件下，峰值灰度显著降低，信噪比显著下降，是动态拖尾星像的显著特点，图2所示为对比度人工增强6倍的拖尾星图，以方便视觉观察。星敏感器的捷联安装已成为很多飞行器或航行器的应用方式，这对动态条件下应用捷联星敏感器则提出了更高的技术性能要求。所谓姿态动态，它体现为星敏感器三轴角速度或角加速度，成像拖尾则如影随形。星像动态拖尾已严重影响到星敏感器的动态适用性，不可以再利用静态模拟星图进行捷联星敏感器的动态算法验证，静态星图序列并非动态星图。一个拖尾星像及其中心轨迹线如图3所示。拖尾星像及中心轨迹的建模属于图像分析研究范畴，没有分析就没有综合，有关动态星像应用处理技术的开发必然基于对拖尾星像的充分分析。星像拖尾的建模方法是，一个幅值衰减的静态高斯点扩散函数灰度分布模型PSF作为被积函数，沿着拖尾轨迹进行线积分，或者说，沿拖尾轨迹分布的无穷多个静态PSF对于星像覆盖范围内的任一像元(如图4中的像素Gij)都有灰度贡献，通过求其积分值便可获得该像元灰度值。可见，拖尾星像中心轨迹的建模是动态拖尾星像及动态星图模拟的首要关键技术。现有的所谓动态星图模拟技术，实质上仍属静态星图序列，因为星像还是静态圆形像点，所以这类星图还不是严格意义上的动态星图。基于本专利技术及后续具体实施方式所获得的星图，才是标准的动态模拟星图，输入给星敏感器的后续算法做算法测试。本专利技术技术已应用在三款电子星图模拟器产品上，服务于实验室内星敏感器的测试。(三)
技术实现思路
针对三轴机动导致的星敏感器动态成像拖尾问题，需要建立拖尾星像数学模型以开展计算机动态星图模拟，技术方案涉及建立拖尾星像中心轨迹模型和拖尾星像灰度分布模型两个模型，本专利技术实施例提供了一种动态拖尾星像中心轨迹的模拟方法及装置，可以模拟出标准的逼真的星敏感器动态星图。在第一方面，本专利技术实施例提供了一种动态拖尾星像中心轨迹的模拟方法，所述方法包括：根据星敏感器坐标系x轴和y轴角速度，分别计算所述星像在成像面y轴方向的第一线速度分量，和在成像面x轴方向第一线速度分量，再根据星敏感器光轴z轴的角速度，计算所述星像在y轴方向第二线速度分量，和在x轴方向第二线速度分量；将所述x轴第一线速度分量和所述x轴第二线速度分量进行加和处理，获得x轴方向星像拖尾线速度；将所述y轴第一线速度分量和所述y轴第二线速度分量进行加和处理，获得y轴方向星像拖尾线速度；根据所述x轴线速度和y轴线速度构成的微分方程组，求解获得中心轨迹点的坐标(x,y)，用来模拟所述动态拖尾星像的中心轨迹。在第二方面，本专利技术实施例提供了一种动态拖尾星像中心轨迹的模拟装置，所述装置包括：计算单元，用于根据星敏感器坐标系中沿x轴和y轴的角速度，分别计算所述星像在成像面y轴方向的第一线速度分量，和在成像面x轴方向第一线速度分量，再根据星敏感器光轴z轴的角速度，计算所述星像在y轴方向第二线速度分量，和在x轴方向第二线速度分量；将所述x轴第一线速度分量和所述x轴第二线速度分量进行加和处理，获得x轴方向星像拖尾线速度；将所述y轴第一线速度分量和所述y轴第二线速度分量进行加和处理，获得y轴方向星像拖尾线速度；处理单元，用于将所述x轴方向星像拖尾线速度和y轴方向星像拖尾线速度组成微分方程组，采用积分方法求解所述中心轨迹的离散位置坐标；模拟单元，用于根据所述x轴拖尾线速度和y轴拖尾线速度构成的微分方程组的位置解，来模拟所述动态拖尾星像的中心轨迹，进而模拟围绕中心轨迹的拖尾星像灰度扩散现象。本专利技术实施例中，通过根据星敏感器坐标系中沿x轴和y轴的角速度，分别计算所述星像在成像面y轴方向的第一线速度分量，和在成像面x轴方向第一线速度分量，再根据星敏感器光轴z轴的角速度，计算所述星像在y轴方向第二线速度分量，和在x轴方向第二线速度分量；将所述x轴第一线速度分量和所述x轴第二线速度分量进行加和处理，获得x轴方向星像拖尾线速度；将所述y轴第一线速度分量和所述y轴第二线速度分量进行加和处理，获得y轴方向星像拖尾线速度；根据所述x轴线速度和y轴线速度组成的微分方程组，求解中心轨迹点坐标(x,y)，用来模拟所述动态拖尾星像的中心轨迹。由此，实现了围绕拖尾中心轨迹灰度扩散的严格意义上的动态星像模拟及整幅动态星图的模拟。(四)附图说明图1为现有技术生成的静态模拟星图及星像点灰度情形；图2为本专利技术生成的角速率作用下的动态拖尾星图(对比度人工放大6倍)；图3一个拖尾星像及其中心轨迹；图4为现有技术生成的PSF沿中心轨迹线积分形成拖尾星像的示意图；图5为本专利技术实施例一提供的动态拖尾星像中心轨迹的建立方法流程图；图6为本专利技术实施例一提供的星敏感器坐标系中的理想成像原理及在y轴角速率作用下的x轴向星像中心的线运动分量示意图；图7为本专利技术实施例一提供的星像中心在z轴角速率作用下的线运动分量示意图；图8为本专利技术实施例二提供的动态拖尾星像中心轨迹的模拟装置示意图。(五)具体实施方式为了更好地理解本专利技术的技术方案，以下结合附图对本专利技术的实施方式作进一步描述。星敏感器捷联安装在飞行器上，因此，星敏感器具有与飞行器相同的三轴角速度，如果星敏感器在飞行器机动时观星，则会造成星像拖尾，星像拖尾轨迹与星敏感器的三轴角速度都有关系，本专利技术实施例提供了一种动态拖尾星像中心轨迹的模拟方法及装置，可以进行动态拖尾星像及动态星图的模拟。下述实施例描述的一种动态拖尾星像中心轨迹的建立方法。图5为本专利技术实施例一提供的动态拖尾星像中心轨迹的建立方法流程图。如图5所示，本专利技术实施例一提供的动态拖尾星像中心轨迹的建立方法包括以下步骤：S501，根据星敏感器坐标系中沿x轴和y轴的角速度，分别计算所述星像在成像面y轴方向的第一线速度分量，和在成像面x轴方向第一线速度分量，再根据星敏感器光轴z轴的角速度，计算所述星像在y轴方向第二线速度分量，和在x轴方向第二线速度分量。具体地，星像在成像面x轴向线速度和y轴向线速度分别由两部分组成。下面结合图6和图7对x轴向线速度和y轴向线速度的计算过程进行阐述。图6为本专利技术实施例一提供的星敏感器坐标系中的理想成像原理及在y轴角速率作用下的x轴向星像中心的线运动分量示意图。图6中，Nx表示星敏感器坐标平面中x轴的像素个数，Ny表示星敏感器坐标平面中y轴的像素个数，f表示星敏感器的焦距，单位为μm。ωy表示星敏感器y轴的角速度，ωx表示星敏感器在x轴的角速度，ωz表示星敏感器z轴的角速度，θ为成像时刻t的成像位置与光轴的夹角，Δθ为从时刻t到t0+Δt区间内x轴向的拖尾距离(x1-x0)相对光学系统光心Q的夹角，O为成像主点，Q为光学系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态拖尾星像中心轨迹的模拟方法，其特征在于，所述方法包括：根据星敏感器坐标系中沿x轴和y轴的角速度，分别计算所述星像在成像面y轴方向的第一线速度分量，和在成像面x轴方向第一线速度分量，再根据星敏感器光轴z轴的角速度，计算所述星像在y轴方向第二线速度分量，和在x轴方向第二线速度分量；将所述x轴第一线速度分量和所述x轴第二线速度分量进行加和处理，获得x轴方向星像拖尾线速度；将所述y轴第一线速度分量和所述y轴第二线速度分量进行加和处理，获得y轴方向星像拖尾线速度；根据所述x轴线速度和y轴线速度组成的微分方程组，求解中心轨迹点坐标(x,y)，用来模拟所述动态拖尾星像的中心轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种动态拖尾星像中心轨迹的模拟方法，其特征在于，所述方法包括：根据星敏感器坐标系中沿x轴和y轴的角速度，分别计算星像在成像面y轴方向第一线速度分量和在成像面x轴方向第一线速度分量，再根据星敏感器光轴z轴的角速度，计算星像在成像面y轴方向第二线速度分量和在成像面x轴方向第二线速度分量；将在成像面x轴方向第一线速度分量和x轴方向第二线速度分量进行加和处理，获得x轴星像拖尾线速度，记为x′；将星像在成像面y轴方向第一线速度分量和y轴方向第二线速度分量进行加和处理，获得y轴星像拖尾线速度，记为y′；具体表达式为：其中，ωy表示星敏感器y轴的角速度，ωx表示星敏感器x轴的角速度，ωz表示星敏感器z轴的角速度，f表示星敏感器的焦距，x表示星像中心任意时刻t下的x坐标，y表示星像中心任意时刻t下的y坐标；将所述x轴星像拖尾线速度和所述y轴星像拖尾线速度组成微分方程组，求解中心轨迹点坐标(x,y)，用来模拟动态拖尾星像中心轨迹。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述x轴星像拖尾线速度和所述y轴星像拖尾线速度组成的微分方程组，求解中心轨迹点坐标(x,y)，用来模拟所述动态拖尾星像的中心轨迹，具体做法是采用数值积分法求取所述中心轨迹的离散点的x轴坐标值和y轴坐标值。3.一种动态拖尾星像中心轨迹的模拟装置，其特征在于，所述装置包括：计算单元，用于根据星敏感器坐标系中沿x轴和y轴的角速度，分别计算星像在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海涌，赵彦武，邱万彬，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11