[发明专利]一种采用区域滤波的模糊星图复原方法

说明书

一种采用区域滤波的模糊星图复原方法，涉及天文导航技术领域，解决星敏感器在动态条件下工作时，在成像的过程中星点会因能量的分散而出现运动模糊的现象，导致图像的信噪比降低并且星点的模糊区域很难被提取，造成星点质心的定位精度降低，严重影响星敏感器的姿态测量精度的问题。本发明通过建立不同工作条件下星点质心的运动模型，确定星点质心的运动轨迹，进而提取星点的模糊区域，再利用区域滤波算法对模糊区域内外的图像进行预处理，最后，利用图像复原算法和退化函数对模糊星图进行复原。本发明能够适应高动态(2°/s)条件，能够有效提高图像信噪比的同时提高星点质心的定位精度。

技术领域

本发明涉及天文导航技术领域，具体涉及一种采用区域滤波的模糊星图复原方法。

背景技术

星敏感器是一种以恒星为测量对象的高精度、高可靠性的姿态敏感测量仪器，目前已经在深空探测以及天文导航等空间任务中得到了广泛的应用。其工作原理为：图像传感器对星空成像，经过星点提取和质心定位得到星点在传感器靶面上的位置和亮度信息，之后利用星图识别为星点找到其在星表中对应匹配的导航星，最后根据识别结果解算出星敏感器相对于惯性坐标系的三轴姿态。星敏感器通常工作在静态条件下，多用于载体稳态飞行的阶段，即假设在曝光时间内，导航星和星敏感器相对静止，星点只在传感器靶面上的固定位置成像。当星敏感器工作于载体初始入轨、机动、大角度调姿等动态场合时，在曝光时间内星点在传感器感光区内移动，最终在传感器靶面上形成一段轨迹图像，导致图像信噪比和星点质心定位的精度降低，严重影响星敏感器的姿态测量精度。因此动态性能作为星敏感器的关键指标之一，已经成为星敏感器研究领域的重点内容。在动态条件下，由于图像的信噪比降低以及星点运动模糊现象的存在，高精度的质心定位已经成为动态星敏感器研究的主要内容之一。目前，许多研究机构都已经提出了提高动态条件下星点质心定位精度的方法，这些方法主要可以分为两类：一类是硬件增强法，通过设计特殊的硬件时序电路对星点的运动模糊进行抑制，一定程度上提高了图像的信噪比。但是该方法增加了硬件时序电路的复杂度，减小了传感器的有效面积。另一类是软件复原法。硬件增强法通过对星敏感器的硬件电路进行改进，减轻或抑制星点运动模糊的程度，从而提高星点质心定位的精度。传统的RL(Richardson Lucy)算法对模糊星图具有很好的复原效果，但其是一种无终止条件的迭代方法，往往只能根据经验选择迭代次数，如果选择不当会对最终的复原结果造成很大的影响。另一方面，RL算法对噪声相当敏感，在对模糊星图进行复原的过程中容易放大噪声，严重影响图像的复原效果。

发明内容

本发明为解决星敏感器在动态条件下工作时，在成像的过程中星点会因能量的分散而出现运动模糊的现象，导致图像的信噪比降低并且星点的模糊区域很难被提取，造成星点质心的定位精度降低，严重影响星敏感器的姿态测量精度的问题，提供了一种采用区域滤波的模糊星图复原方法，在有效提高图像信噪比的同时提高星点质心的定位精度。

一种采用区域滤波的模糊星图复原方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、根据星点质心的运动模型，建立模糊星图的退化函数，所述模糊星图的退化函数分别为绕z轴旋转的退化函数h_z(x,y)和同时绕x轴和y轴旋转h_xy(x,y)；

所述绕z轴旋转的退化函数h_z(x,y)用公式表示为：

式中，在时间间隔Δt内，星点质心的运动模型为半径c的圆中的一段圆弧l_z，w^z为星敏感器在z轴角速度矢量；

所述同时绕x轴和y轴旋转退化函数h_xy(x,y)用公式表示为：

式中，p(x,y)为星点在传感器靶面上的坐标，星点质心的运动模型为斜率为k＝-w^x/w^y的一条长度为L_xy的线段l_xy；