[发明专利]中高轨星座星间照相观测敏感器及其星间角距测量算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中高轨星座星间照相观测敏感器，以及利用该敏感器实现的星间角距测量算法。

背景技术

为保障在地面站布设受限的情况下，导航星座仍然能稳定连续的提供导航信息，导航星座必须具备较长时间的自主运行能力。星座卫星自主定轨是星座自主运行的前提，但传统的采用星间测距进行星座卫星自主定轨时，由于没有外部基准，因而会带来不可测的问题。

基于角距信息对星座整体旋转是可观的，在星间测距的基础上增加星间测向信息(角距信息)，可以准确确定并消除星座整体旋转带来的累积误差影响。增加星间定向观测信息后，在卫星运行自主性、星座整体旋转可观性等方面相较于其它手段具有明显优势，可以有效的解决导航星座空间绝对定向，进而实现导航星座的长期高精度自主定轨，实现导航星座的长期自主运行。

基于上述，因此本发明提出一种中高轨星座星间照相观测敏感器及其星间角距测量算法。

发明内容

本发明的目的是提供一种中高轨星座星间照相观测敏感器及其星间角距测量算法，整体结构紧凑，集成度高，为现导航星座的长期自主运行提供精确的星间角距信息，准确确定并消除星座整体旋转带来的累积误差影响，有效解决导航星座空间绝对定向及长期高精度自主定轨。

为实现上述目的，本发明提供一种中高轨星座星间照相观测敏感器，其包含：光学系统，对目标卫星和视场区域内的背景恒星进行观测；成像单元，其设置在所述的光学系统的前端，接收光学系统的投射光线，对具有较弱光学特性的目标卫星和具有较强光学特性的背景恒星进行成像；数据处理单元，其与所述的成像单元连接，接收成像单元得到的高质量图像信息，对目标卫星和背景恒星的星点质心坐标进行提取，并通过三角形原理解算得到观测卫星到目标卫星的连线方向和观测卫星到背景恒星连线之间的角距。

所述的光学系统采用折反射式长焦距光学系统，通过二次折反，将目标卫星和背景恒星成像在成像单元上。

所述的光学系统包含：主镜，为一次反射镜，采用二次非球面镜，并通过三点支撑方式固定；次镜，为二次反射镜，采用二次非球面镜，设置在敏感器内能接收并反射主镜的反射光线的位置处；补偿镜，设置在敏感器内能接收次镜的反射光线的位置处。

所述的主镜为回转对称二次非球面镜；所述的次镜为二次曲面凸面反射镜；所述的补偿镜为凹凸透镜的组合镜。

所述的成像单元接收经过补偿镜的投射光线，该成像单元采用CMOS探测器。

本发明还提供一种中高轨星座星间照相观测敏感器的星间角距测量方法，包含以下步骤：

S1、将中高轨星座星间照相观测敏感器安装在观测卫星上，并利用光学系统1对目标卫星和视场区域内的背景恒星进行观测；

S2、成像单元对目标卫星和背景恒星进行星空图像的成像，并对成像后的星空图像中的噪声进行滤波处理；

S3、数据处理单元对目标卫星与背景恒星进行识别，完成目标卫星与背景恒星的星点质心坐标的提取；

S4、在提取到的目标卫星与背景恒星的星点质心坐标的基础上，数据处理单元通过三角形原理解算得到观测卫星到目标卫星的连线和观测卫星到背景恒星连线之间的角距。

所述的S2中，采用高斯滤波器对星空图像进行滤波处理。

所述的S3中，具体包含以下步骤：

S31、将目标卫星或背景恒星的星体目标与背景分离，通过星空图像阈值分割法实现；

S32、将目标卫星或背景恒星的某一单个星体目标与其他星体目标分离，通过星空图像连通域法实现，在经过S31分割后的星空图像上使用连通域法，对目标卫星和背景恒星进行识别；

S33、对目标卫星或背景恒星进行星点质心坐标的计算。

所述的S32中，具体包含以下步骤：

S321、对二值化的星空图像进行四连通判据分析，得到星体目标的位置和其外接矩形；对连通分析后的星空图像进行区域分割，使得每一个连通区域内都存在一个星体目标，从而得到连通域分割后的图像L(x,y)；

S322、对目标卫星进行识别，利用运动特性区分目标卫星与恒星，因目标卫星在连续帧的星空图像中保持静止，从而通过比对连续帧的星空图像即可识别出目标卫星；

S323、对恒星进行识别，采用三角形算法实现。

所述的S4中，将目标卫星或背景恒星的星点质心坐标对应在观测卫星的成像平面坐标系中，并根据三角几何关系以及三角形余弦公式计算得到观测卫星到目标卫星的连线和观测卫星到背景恒星的连线之间的角距。