[发明专利]一种漂移扫描同步卫星实时定轨方法

说明书

技术领域

本发明属于同步卫星天文观测与天体测量技术邻域，具体涉及一种漂移扫描同步卫星实时定轨方法。

背景技术

在空间通讯、对地检测和空间科学等方面，地球同步轨道是一个有着非常重要价值的空间邻域，随着空间科学与天文学的发展需求以及观测技术的进步，同步卫星的观测精度由几十毫角秒提高到亚毫角秒。现阶段对同步卫星的定轨主要采用CCD漂移扫描方法，即利用短帧CCD凝视模式与漂移扫描模式交替观测恒星与同步卫星，交替获得恒星与同步卫星的良好圆星象，将恒星作为参考模型计算CCD底片模型从而归算出同步卫星轨道。传统的同步卫星定轨只局限在事后处理阶段，即一般通过一个晚上的拍摄之后，才对星图进行处理提取数据，不能在拍摄过程中实现实时定轨。漂移扫描CCD的拍摄顺序为凝视模式—漂移扫描模式—漂移扫描模式—……—凝视模式，每3s曝光一次，在一轮拍摄结束后，要求同步卫星实时定轨系统立即得到相应的同步卫星轨道数据。同步卫星定轨涉及到星图中星象的自动化检测，参考星匹配与认证（即星图识别），CCD成像模型参数归算，同步卫星光学位置归算。有些同步卫星定轨过程中的关键步骤，例如星象的自动化检测和参考星的匹配与认证难以满足实时性的要求，例如传统的星象的自动化检测方法有连通域分析法，边缘检测法和视框法，连通域分析法为扫描星图，储存大于阈值属于星点目标的像元，分析像素灰度值特点及其坐标之间的关系，建立有效星点的外接矩形。边缘检测法为扫描星点区域边缘像素，利用边缘像素确定星点区域，从而提取星点区域每个像素。视框法为选取合适大小的视框，通过在图像中移动视框来搜索目标，该视框能够包含整个星点目标，且仅包含一个星点目标，只通过判断视框中的星点像素来提取星点目标。上述方法能够提取星点目标，但提取过程冗余，无法满足实时性要求。星图识别所用基本方法为三角形法与栅格法，三角形法为最传统的星图识别算法，即计算星图中任意三颗恒星的对角距，将星图恒星星象的对角距与星表中参考星的对角距进行匹配，若在一定误差范围内匹配成功，则得出星图中星象的观测位置。栅格法为构造星图恒星的星模式，将恒星的星模式与星表中参考星的星模式相匹配，得到恒星相应的天球坐标。两种方法的计算量大，识别命中率低，难以满足同步卫星定轨的实时性与精度要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种同步卫星实时定轨方法，漂移扫描CCD对星空进行拍摄的同时得到同步卫星的定轨结果。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种漂移扫描同步卫星实时定轨方法，该方法主要包括以下步骤：

步骤1）对星图背景进行处理，使背景像素分布均匀，并去除smear现象；

步骤2）自适应提取星图中的星象，包括恒星星象质心坐标与同步卫星星象质心坐标，得到二者的量度坐标；

步骤3）对恒星星图进行识别，保存所有恒星星象所得匹配数据；

步骤4）归算同步卫星观测位置，通过恒星星象归算CCD底片模型参数，得到恒星星象量度坐标与观测位置之间的关系，带入同步卫星量度坐标得到同步卫星的观测位置。

进一步的，在所述步骤1）中星图背景进行处理的主要步骤为：

步骤1.1）提高多项式拟合法对星图的不均匀性进行处理，使得星图的直方图高斯分布分布均匀；

步骤1.2）检查是否有smear效应，若有，则进行步骤1.3），若无，则跳转至步骤1.4）；

步骤1.3）去除smear效应，smear效应是由于CCD持续曝光所引起的漏光现象，具体在星图中表现为贯穿于星图的一条很亮的拖尾，计算每列或者每行的灰度平均值，若每行或每列的灰度平均值出现明显高于其他灰度平均值的情况则说明有拖尾出现，然后将拖尾像素赋予此行或此列的灰度平均值与3倍的方差之和；

步骤1.4）开始进行所述步骤2）的自适应星象提取。

进一步的，在所述步骤2）中自适应提取星图中的星象的主要步骤为：

步骤2.1）通过全局阈值法将星点目标与背景进行分割，并将星图背景像素赋值为0；

步骤2.2）通过特征融合的方法将星点像素突显出来，所用的特征为局部灰度最大值与局部对比度均值反差，经过特征融合后星等较暗与目标较小的星点目标都可以明显的突显出来；

步骤2.3）提取星点目标所有像素；

步骤2.4）通过二维修正矩的方法确定星象中心位置坐标，二维修正矩法的计算公式为：

     (1)

     (2)