[发明专利]暗弱小天体光学导航特征成像模拟方法有效

专利信息
申请号: 201910747054.7 申请日: 2019-08-14
公开(公告)号: CN110455281B 公开(公告)日: 2021-01-19
发明(设计)人: 崔平远;陆晓萱;朱圣英;徐瑞;梁子璇 申请(专利权)人: 北京理工大学
主分类号: G01C21/02 分类号: G01C21/02;G06T7/187
代理公司: 北京正阳理工知识产权代理事务所(普通合伙) 11639 代理人: 邬晓楠
地址: 100081 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 暗弱 天体 光学 导航 特征 成像 模拟 方法
【说明书】:

发明公开的暗弱小天体光学导航特征成像模拟方法,属于深空探测领域。本发明通过构建深空星图的成像CCD模型、噪声模型及星点光度模型,实现暗弱小天体探测器任务远距离接近段长曝光下拖曳星图的成像模拟。在给定的光学系统参数和背景噪声参数下,首先生成噪声背景,然后确定能够进入视场的导航星及导航星在CCD平面上的位置并计算各星点能量,最后随机生成一系列光轴指向扰动,计算由该扰动产生的星图拖曳轨迹的能量,生成拖曳星图。本发明能够模拟高保真的深空暗弱小天体探测器长曝光星图,能够在没有相关器件配套的情况下进行图像处理算法的测试及确定实际深空探测任务的光学系统参数。

技术领域

本发明涉及一种暗弱小天体光学导航特征成像模拟方法,尤其涉及一种小天体探测器远距离接近段长曝光拍摄暗弱小天体目标时的成像模拟方法,属于深空探测领域。

背景技术

强自主、高精度且实时的自主光学导航是深空探测任务中的重要技术环节。在小天体探测任务的远距离接近段,光学导航目标一般为目标小天体光心。目标小天体的星等一般都较低,需要进行长时间曝光才能够成像,在曝光时间内,热力缩涨,机械振动,姿态偏移等多种原因会引起成像系统光轴在曝光时间内发生多次扰动,导航目标在CCD平面上的成像会发生偏移,成像将不再成点状或斑状分布而是产生拖曳,实际成像为轨迹,难以提取导航目标的特征信息进行精确导航。对深空导航图像展开研究具有非常重要的意义,为了验证相关特征提取算法和地面试验的顺利展开,研究暗弱小天体光学导航特征成像模拟方法极为关键。

目前,已有一些长曝光星图的模拟方法,但主要应用在星敏感器上,详细考虑长曝光情况下噪声分布和信号能量分布的接近段目标小天体成像模拟方法还未曾出现过。

发明内容

本发明公开的暗弱小天体光学导航特征成像模拟方法要解决的技术问题是:模拟暗弱小天体探测器任务远距离接近段长曝光下产生的拖曳星图,具有如下3个优点:(1)通过构建深空星图的成像CCD模型、噪声模型及星点光度模型,能够模拟高保真的深空暗弱小天体探测器长曝光星图;(2)能够在没有相关器件配套的情况下验证轨迹图像星点质心提取的图像处理算法的有效性,进行图像处理算法的测试;(3)通过模拟不同CCD硬件参数及拍摄条件下的长曝光星图,有助于确定实际深空探测任务的光学系统参数。

所述的暗弱小天体指视星等远低于背景导航恒星的小天体目标。

所述远距离接近段指探测任务目标在探测器光学系统能够成像但成像大小小于等于3个像素的阶段。

所述的长曝光拖曳图像是由成像系统光轴在曝光时间内发生多次扰动所造成的。所述的引起成像系统光轴在曝光时间内发生多次扰动的原因包括热力缩涨、机械振动、姿态偏移。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的暗弱小天体光学导航特征成像模拟方法,通过构建深空星图的成像CCD模型、噪声模型及星点光度模型,实现暗弱小天体探测器任务远距离接近段长曝光下拖曳星图的成像模拟。在给定的光学系统参数和背景噪声参数下,首先生成噪声背景,然后确定能够进入视场的导航星及导航星在CCD平面上的位置并计算各星点能量,最后随机生成一系列光轴指向扰动,计算由该扰动产生的星图拖曳轨迹的能量,生成拖曳星图。本发明能够模拟高保真的深空暗弱小天体探测器长曝光星图,能够在没有相关器件配套的情况下进行图像处理算法的测试及确定实际深空探测任务的光学系统参数。

本发明公开的暗弱小天体光学导航特征成像模拟方法,包括如下步骤:

步骤一、给定暗弱小天体探测器任务远距离接近段长曝光下产生的拖曳星图的光学系统参数。

给定暗弱小天体探测器任务远距离接近段长曝光下产生的拖曳星图的光学系统参数,所述光学系统参数包括CCD相机的光圈半径A、视场角FOV、像素尺寸px/py、拍摄曝光时间T、光学效率η、量子效率Q和ADC增益K。

步骤一的具体实现方法为:

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