一种基于序列图像的跟踪精度反演方法技术

本发明专利技术公开了一种基于序列图像的跟踪精度反演方法，其步骤如下：一、基于现已知的观测卫星的轨/姿数据、目标卫星的轨/姿数据、连续的图像序列，采用坐标变换方法求得选取目标点的理想位置；二、基于同面特征点搜索获取基础变换矩阵方法获取目标点的实际位置；三、求得目标点的理想位置和实际位置之差，结合给定相机参数，可得到以角度形式表示的反演误差。本发明专利技术使用所拍摄连续的图像序列，反演追踪观测卫星对目标卫星的指向误差，该方法能够涵盖悬停、接近和绕飞三种情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航天卫星在轨实时跟踪
，涉及一种基于序列图像的跟踪精度 反演方法。
技术介绍
航天领域中，对于卫星在轨实时跟踪领域，国内研究集中在跟踪系统的基本原理、 结构、关键技术及跟踪过程，而对于跟踪精度方向也主要集中在误差产生原因、误差在成像 链路各个环节的定量分析与计算及误差补偿系统的研究，而对于基于图像进行反演得到跟 踪精度的定量计算研究较少，且这是近年来刚刚提出的方向，可以查阅的资料较少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，使用所拍摄连续 的图像序列，反演追踪观测卫星对目标卫星的指向误差，该方法能够涵盖悬停、接近和绕飞 三种情况。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的： -、基于现已知的观测卫星的轨/姿数据、目标卫星的轨/姿数据、连续的图像序 列，采用坐标变换方法求得选取目标点的理想位置； 二、基于同面特征点搜索获取基础变换矩阵方法获取目标点的实际位置； 三、求得目标点的理想位置和实际位置之差，结合给定相机参数，可得到以角度形 式表不的反演误差。 本专利技术可以较快速的反演出目标点与实际点的距离之差，并且误差精度在可接受 的范围之内，为后续的整个卫星链路的反演提供数据支撑，并为将来发射卫星做一些先验 经验。【附图说明】 图1为坐标系； 图2为焦平面像元在相机本体系下的坐标； 图3为单幅图像的处理过程； 图4为基于同面配准特征点获取基础变换矩阵流程； 图5为SIFT算法获取特征点过程； 图6为像平面上的角度表示方法。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本 专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖 在本专利技术的保护范围中。 本专利技术提供了，具体包括以下内容： 1、问题的提出和假设条件 本问题的提出在于：使用所拍摄连续的图像序列，反演追踪观测卫星对目标卫星 的指向误差，能够涵盖悬停、接近和绕飞二种情况。 本问题的前提包括： 1)目标卫星为非合作目标，其形貌和内在参数均未知。 2)目标卫星在观测期间，其星载部件可能发生改变。 3)可获取的参数主要为拍摄的连续图像序列，并有观测卫星的轨道和姿态数据及 目标卫星的轨道和姿态数据。 2、指向误差反演研究思路 2. 1指向误差反演分析 悬停工况：悬停状态包括无需主动控制的同轨追踪悬停以及需要主动控制的正向 悬停和侧向悬停。卫星悬停状态下，当相对指向不发生改变时，如果目标卫星维持姿态不 变，则在观测卫星的视场中，目标卫星的图像基本维持不变，仅受到定轨误差的影响，发生 小幅的漂移。当目标卫星的姿态改变或所载部件运动时，在观测卫星的视场中，目标卫星的 成像形状随姿态的变化或部件运动发生改变。 接近工况：观测卫星向目标卫星接近的情况下，即使观测卫星视线始终对准目标 卫星，由于观测卫星轨道与目标卫星的轨道角均变化，在观测卫星的视场中，目标由小及 大，在图中的位置和角度也随之变化。当目标卫星的姿态改变或所载部件运动时，在观测卫 星的视场中，目标卫星的成像形状随姿态的变化或部件运动发生改变。 绕飞工况：观测卫星与目标卫星处于相近轨道，典型的周期型绕飞有椭圆绕飞、摆 型绕飞、空间圆绕飞等。在绕飞工况下，目标卫星在视场内成像形状随绕飞的状态发生改 变，当目标卫星的姿态改变或所载部件运动时，将进一步增加成像形状变化的复杂性。 对象无论是悬停、接近或者绕飞工况下，目标的成像形状均可能发生变化，还存在 成像大小变化的耦合情况。由上述分析可知，在进行指向误差反演时，需考虑的是通用性算 法，同时涵盖目标在成像面上的缩放、三维旋转效应。 2.2指向误差反演思路 基于现已知的观测卫星的轨/姿数据、目标卫星的轨/姿数据、连续的图像序列， 拟采用坐标变换方法求得选取目标点的理想位置，再通过图像匹配的方法找到目标点的实 际位置，求得两者之差（ΔΧ，ΔΥ)，结合给定相机参数，转化成为角度误差，当图像序列的每 一幅图均获取了该角度误差后，则会形成指向误差的变化序列。 该问题进一步分解为三个问题： 1)目标点如何选取？ 2)如何确定图像中目标点的理想位置？ 3)如何确定图像中目标点的实际位置？ 对于目标点的确定问题，与观测卫星的指向对准策略相关。理论上来说，有几种预 期目标点： 1)质心点：目标卫星的质心位置作为预期对准点具有最佳的唯一性和不变性，但 是由于目标形貌、内部参数等信息未知，因此质心位置仅理论存在，但无法获知。 2)几何中心：几何中心对于无大部件移动的对象而言，也具有较好的唯一性和不 变性，但建立和获取几何中心至少需要在前期对对象的外形形状和尺寸开展深入的分析， 以确定不同角度下的几何中心位置，显然本问题中无达成该条件。 3)某个典型形貌：基于典型形貌的对准广泛用于光学指向任务中，但其有两个前 提，第一，典型形貌需要提前预知；第二典型形貌需要在始终存在于视场中；显然对于本问 题，该方法所需的前提均不成立，既没有对象的外形，更不用提典型形貌，而且由于姿态改 变或绕飞使得观测角度的变化，也不能保证典型形貌始终存在于视场中。 4)光学中心：从工程实现角度来看，光学中心的可实现性最高，然而光学中心随 成像的形状改变而变化，不存在唯一性，不变性也较差，这对反演指向误差是不利的。对于 红外成像，由于目标的细节难以准确反映，除了光学中心外，也没有更好的方法。 对于目标点的确定，本专利技术给出的方法是在光学中心及其衍生中心为基础下，发 展由人介入进行标记的方法。所述的光学衍生中心，包括如下几种： 1)目标轮廓中心：即以目标边缘轮廓为像集的光学中心。 2)目标边框中心：即以包括目标边缘的矩形框的几何中心。 3)有效配准中心：即前帧图像与当帧图像的有效配准点为像集的光学中心。 上述光学中心及其衍生中心均可由计算机自动处理获得，但由于这类中心不存在 物理意义，均无不变性，由此引入人介入进行标记。人的介入是必要也是有可实现性的，首 先，由于误差反演是获取图像序列数据后的后处理，因此具备人处理的条件，人可以通过小 部件的认知，主体的认知对质心点、几何中心点或者是表面的特征部件进行先期学习和基 本标记。 对于目标点在各幅图像中的位置确定问题，人难以做到的是对每帧图像均进行标 记和分析，因此本专利技术的方法是人首先对序列图像进行按时序分组，对于每一组的首帧图 像，选取目标点，该目标点可以任意选取，而该组的其他帧图像，以第一帧为基准，通过坐标 变换确定第一帧的目标点在后续各帧的位置，再找到目标点的实际位置，以实现序列图的 误差反演。 3、指向误差反演算法 3. 1基于坐标变换方法确定目标点的理论位置 3. I. 1轨道要素：卫星在空间轨道上的位置，可用6个参数描述。这些参数分别 为： (1)升交点赤经Ω :轨道升交点与地球惯性坐标系指向春分点轴的夹角。当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于序列图像的跟踪精度反演方法，其特征在于所述方法步骤如下：一、基于现已知的观测卫星的轨/姿数据、目标卫星的轨/姿数据、连续的图像序列，采用坐标变换方法求得选取目标点的理想位置；二、基于同面特征点搜索获取基础变换矩阵方法获取目标点的实际位置；三、求得目标点的理想位置和实际位置之差，结合给定相机参数，可得到以角度形式表示的反演误差。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王征，汪洪源，侯晴宇，王泽斌，杨召松，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23