基于太阳图像的卫星指向稳定度评估方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于太阳图像的卫星指向稳定度评估方法和系统，包括：提取太阳空间望远镜全日面太阳图像，并根据平场和暗场定标结果进行图像校正；检测连续帧太阳图像的边缘坐标及灰度值，并对其进行圆拟合得到太阳图像重心位置；根据连续帧太阳图形提取的重心位置计算太阳矢量和相机光轴的夹角变化，统计卫星姿态指向稳定度。本发明专利技术解决了基于太阳图像进行卫星指向稳定度评估的问题。行卫星指向稳定度评估的问题。行卫星指向稳定度评估的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于太阳图像的卫星指向稳定度评估方法和系统


[0001]本专利技术涉及卫星姿态控制领域，具体地，涉及基于太阳图像的卫星指向稳定度评估方法和系统。

技术介绍

[0002]传统航天器通过星敏感器和陀螺进行卫星平台的指向稳定度的评估，其精度主要不仅受限于星敏感器和陀螺自身的精度，同时受限于卫星机构潜在的力热变形，不能准确反映载荷的指向稳定度。因此，需要研究基于载荷数据的卫星指向稳定度评估方法。
[0003]专利文献CN103123487A公开了一种航天器姿态确定方法，其利用星敏感器和陀螺，基于粒子滤波和卡尔曼滤波结合的算法进行姿态确定。该方法的精度取决于星载的星敏感器和陀螺的精度。
[0004]专利文献CN102435763A公开了一种基于星敏感器的航天器姿态角速度测量方法，其采用星敏感器的星点信息，结合航天器的运动学方程，采用卡尔曼滤波确定姿态角速度。该方法存在延时，其精度受星敏感器测量矢量误差的影响较大，且其结果中除包含星敏感器自身精度外，还包含结果变形等因素影响。
[0005]专利文献CN205721392U公开了一种基于图像采集技术的高精度太阳跟踪传感器，其由于传感器使用了图像处理技术，具有更高的精度。但对提取的太阳图像的精度无特殊要求。
[0006]目前，采用太阳图像计算和评估卫星稳定度的方法未见研究。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于太阳图像的卫星指向稳定度评估方法和系统。
[0008]根据本专利技术提供的一种基于太阳图像的卫星指向稳定度评估方法，包括：
[0009]步骤1：提取通过太阳空间望远镜拍摄的连续帧全日面太阳图像；
[0010]步骤2：检测连续帧太阳图像的边缘点坐标，并进行圆拟合得到太阳图像重心位置；
[0011]步骤3：根据连续帧太阳图像提取的重心位置，计算太阳矢量和相机光轴的夹角变化，统计得到卫星姿态指向稳定度。
[0012]优选地，在所述步骤1中，太阳空间望远镜连续对日曝光成像，获取连续N帧完整的全日面太阳图像，根据平场和暗场定标结果对连续的N帧全日面太阳图像进行辐射和几何校正，得到各像元校正后的灰度值：
[0013][0014]其中：为校正后的第(i,j)像素的灰度值，为校正前的第(i,j)像素的灰度值，k
i,j
为第(i,j)像素校正斜率，ΔS
i,j
为第(i,j)像素校正截距，(i,j)表示像素行列位置。
[0015]优选地，在所述步骤2中，根据校正后每一帧图像上所有点的灰度值，通过Sobel边
缘提取算子提取得到太阳图像边缘点坐标，利用最小二乘算法对边缘点进行圆拟合，得到圆心的坐标，即为当前帧太阳图像的中心坐标。
[0016]优选地，第i帧太阳图像的重心位置记为并根据相机焦距f得到归一化的太阳矢量表达式r
i
为：
[0017][0018]分别表示第i帧太阳图像的归一化的太阳矢量r
i
的x轴分量、y轴分量、z轴分量。
[0019]优选地，在所述步骤3中，根据连续帧图像的太阳矢量，计算得到太阳矢量和相机光轴的夹角表示为：
[0020][0021]φ
i
表示的第i帧太阳图像对应的太阳矢量和相机光轴的夹角；
[0022]统计得到多个帧对应的太阳图像对应的太阳矢量和相机光轴的夹角的均方根RMS值，即为卫星平台的指向稳定度。
[0023]根据本专利技术提供的一种基于太阳图像的卫星指向稳定度评估系统，包括：
[0024]模块M1：提取通过太阳空间望远镜拍摄的连续帧全日面太阳图像；
[0025]模块M2：检测连续帧太阳图像的边缘点坐标，并进行圆拟合得到太阳图像重心位置；
[0026]模块M3：根据连续帧太阳图像提取的重心位置，计算太阳矢量和相机光轴的夹角变化，统计得到卫星姿态指向稳定度。
[0027]优选地，在所述模块M1中，太阳空间望远镜连续对日曝光成像，获取连续N帧完整的全日面太阳图像，根据平场和暗场定标结果对连续的N帧全日面太阳图像进行辐射和几何校正，得到各像元校正后的灰度值：
[0028][0029]其中：为校正后的第(i,j)像素的灰度值，为校正前的第(i,j)像素的灰度值，k
i,j
为第(i,j)像素校正斜率，ΔS
i,j
为第(i,j)像素校正截距，(i,j)表示像素行列位置。
[0030]优选地，在所述模块M2中，根据校正后每一帧图像上所有点的灰度值，通过Sobel边缘提取算子提取得到太阳图像边缘点坐标，利用最小二乘算法对边缘点进行圆拟合，得到圆心的坐标，即为当前帧太阳图像的中心坐标。
[0031]优选地，第i帧太阳图像的重心位置记为并根据相机焦距f得到归一化的太阳矢量表达式r
i
为：
[0032][0033]分别表示第i帧太阳图像的归一化的太阳矢量r
i
的x轴分量、y轴分量、z轴分量。
[0034]优选地，在所述模块M3中，根据连续帧图像的太阳矢量，计算得到太阳矢量和相机
光轴的夹角表示为：
[0035][0036]φ
i
表示的第i帧太阳图像对应的太阳矢量和相机光轴的夹角；
[0037]统计得到多个帧对应的太阳图像对应的太阳矢量和相机光轴的夹角的均方根RMS值，即为卫星平台的指向稳定度。
[0038]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0039]本专利技术基于太阳空间望远镜连续时间内获得的太阳图像，评估航天器的指向稳定度，其精度可达到亚像素级。
附图说明
[0040]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0041]图1是本专利技术提供的基于太阳图像的卫星指向稳定度评估方法的流程示意图。
[0042]图2是利用多帧太阳图像重心评估卫星指向稳定度原理图。
[0043]图3是基于圆拟合的太阳图像重心提取结果。
具体实施方式
[0044]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0045]本专利技术提出一种基于太阳图像的卫星指向稳定度评估方法，旨在利用太阳空间望远镜得到的连续太阳图像，计算和评估卫星平台指向的稳定度，解决了基于太阳图像进行卫星指向稳定度评估的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案及流程如图1所示，通过太阳空间望远镜拍摄的连续全日面太阳图像，提取太阳重心位置在相机焦平面上的分布，计算得到太阳矢量和相机光轴夹角变化，统计得到卫星姿态指向稳定度。
[0046]具体地，根据本专利技术提供的一种基于太阳图像的卫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于太阳图像的卫星指向稳定度评估方法，其特征在于，包括：步骤1：提取通过太阳空间望远镜拍摄的连续帧全日面太阳图像；步骤2：检测连续帧太阳图像的边缘点坐标，并进行圆拟合得到太阳图像重心位置；步骤3：根据连续帧太阳图像提取的重心位置，计算太阳矢量和相机光轴的夹角变化，统计得到卫星姿态指向稳定度。2.根据权利要求1所述的基于太阳图像的卫星指向稳定度评估方法，其特征在于，在所述步骤1中，太阳空间望远镜连续对日曝光成像，获取连续N帧完整的全日面太阳图像，根据平场和暗场定标结果对连续的N帧全日面太阳图像进行辐射和几何校正，得到各像元校正后的灰度值：其中：为校正后的第(i,j)像素的灰度值，为校正前的第(i,j)像素的灰度值，k
i,j
为第(i,j)像素校正斜率，ΔS
i,j
为第(i,j)像素校正截距，(i,j)表示像素行列位置。3.根据权利要求1所述的基于太阳图像的卫星指向稳定度评估方法，其特征在于，在所述步骤2中，根据校正后每一帧图像上所有点的灰度值，通过Sobel边缘提取算子提取得到太阳图像边缘点坐标，利用最小二乘算法对边缘点进行圆拟合，得到圆心的坐标，即为当前帧太阳图像的中心坐标。4.根据权利要求3所述的基于太阳图像的卫星指向稳定度评估方法，其特征在于，第i帧太阳图像的重心位置记为并根据相机焦距f得到归一化的太阳矢量表达式r
i
为：为：分别表示第i帧太阳图像的归一化的太阳矢量r
i
的x轴分量、y轴分量、z轴分量。5.根据权利要求4所述的基于太阳图像的卫星指向稳定度评估方法，其特征在于，在所述步骤3中，根据连续帧图像的太阳矢量，计算得到太阳矢量和相机光轴的夹角表示为：φ
i
表示的第i帧太阳图像对应的太阳矢量和相机光轴的夹角；统计得到多个帧对应的太阳图像对应的太阳矢量和相机光轴的夹角的均方根RMS值，即为卫星平台的指向稳定度。6.一种基于太阳图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：程卫强，张健，张春明，姜乙先，边志强，袁渊，张恒，黄庆龙，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：