一种基于LM联合优化的干涉式星敏感器星光矢量解析方法与流程

本发明属于空间点目标识别与姿态测量领域，涉及一种基于lm联合优化的干涉式星敏感器星光矢量解析方法。

背景技术：

1、星敏感器是一种航天器上必不可少的姿态测量仪器，由遮光罩、光学系统、电子学组件、结构框架和信号处理单元组成。其工作原理为：恒星发出的光束经光学系统后汇聚在探测器平面上，经电子学处理后得到星图，通过算法提取星点的位置矢量，并利用星表内的恒星矢量进行特征匹配，从而求解出星敏感器光轴在惯性空间指向，即在惯性坐标下的姿态信息。

2、与其它姿态敏感器相比，星敏感器具有精度高、功耗低、寿命长、没有漂移误差、抗干扰性强等优点。随着航天任务的不断发展，对星敏感器的姿态测量精度要求从角秒级提升到亚角秒级、甚至毫角秒级。对于基于几何光学体制的星敏感器而言，精度的提升将导致体积重量的大幅增加。

3、为解决精度与体积重量相互制约的难题，国内外各单位开始尝试利用星光的物理特性进行测量以获取更高精度姿态，其中干涉式星敏感器便是基于光的波动特性实现对恒星矢量的高精度测量，具有在不大幅增加重量的前提下提升姿态测量精度的优势。

4、干涉式星敏感器的核心在于通过引入相位调制使得同一束星光形成具有光程差的两束光，从而形成干涉条纹。干涉式星敏感器具备高精度特点的原因在于解算恒星位置矢量时，不仅使用了星光的入射角度信息，还利用了其相位信息。因此，相位信息解算的准确性将影响最终姿态测量的准确性，然而现有对于干涉式星敏感器的研究主要集中于光学系统上，在矢量解析方法上研究较少，普遍采用简单的方法，相位信息解算的准确性有待提高。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有干涉式星敏感器相位解析研究较少且精度不高的不足，提出一种基于lm联合优化的干涉式星敏感器星光矢量解析方法。

2、本发明解决技术的方案是：

3、第一方面，本发明提供一种基于lm联合优化的干涉式星敏感器星光矢量解析方法，包括：

4、对于获取的干涉式星敏感器恒星星图，通过背景阈值分割方法将图像划分为背景像素和目标光斑像素两部分；

5、对目标光斑像素，通过连通域判断方法进行像素聚类；

6、对完成像素级聚类的光斑进行处理，得到属于一个星点的三个或四个光斑；

7、对检测到的同一个星点的一组光斑，利用联合拟合方法得到光斑的灰度和、星点质心位置和细分相位；

8、根据解算得到的星点质心位置和细分相位解析得到星光的相位和入射角度信息。

9、优选的，背景阈值分割方法包括但不限于niblack公式、sauvola算法，实现对背景与目标进行分割。

10、优选的，连通域判断方法包括但不仅限于四连通域判断方法、八联通域判断方法。

11、优选的，对完成像素级聚类的光斑进行处理，得到属于一个星点的三个或四个光斑，方法如下：

12、对聚类后的光斑分别进行上下左右四次平移，平移距离均为d/2，任意两次平移后能够重合的光斑即为属于同一星点的光斑。

13、优选的，联合拟合方法具体如下：

14、干涉式星敏感器入射星光经过相邻光楔在星敏感器上形成的光斑强度之间具有

π∕2 的相位差，根据光斑之间的能量关系建立如下最优化问题

15、

16、其中，为图像上直接读取的第i个光斑的能量值，为第i个光斑的能量表达式；(xc,yc)为星点质心坐标，σ为光斑扩散半径，为细分相位，ia为星点自身的能量幅值，d为同一个星点四个光斑的间距；

17、采用最优化迭代方法，获得光斑的灰度和、星点质心位置和细分相位。

18、优选的，

19、。

20、优选的，根据解算得到的星点质心位置和细分相位解析得到x方向星点的相位和入射角度信息，具体如下：

21、将星点质心坐标(xc,yc)代入下述公式得到x方向粗相位：

22、

23、其中<>表示对括号内的数取整，p表示光栅周期，d表示光栅间距，f表示光学系统焦距；

24、x方向星点相位表示为粗相位和细分相位之和：

25、

26、星点的x方向入射角为

27、。

28、优选的，根据解算得到的星点质心位置和细分相位解析得到y方向星点的相位和入射角度信息，具体如下：

29、将星点质心坐标(xc,yc)代入下述公式得到y方向粗相位：

30、

31、其中<>表示对括号内的数取整，p表示光栅周期，d表示光栅间距，f表示光学系统焦距；

32、y方向星点相位表示为粗相位和细分相位之和：

33、

34、星点的y方向入射角为

35、。

36、第二方面，本发明提供一种终端设备，包括：

37、存储器，用于存储至少一个处理器所执行的指令；

38、处理器，用于执行存储器中存储的指令，实现上述第一方面所述的方法。

39、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面所述的方法。

40、本发明与现有技术相比的有益效果是：

41、本发明通过对星点坐标、细分相位、光斑间距等参数的共同优化解算，充分考虑各参数对星光相位的影响，进而提升星光入射矢量角的解算精度。

1.一种基于lm联合优化的干涉式星敏感器星光矢量解析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于lm联合优化的干涉式星敏感器星光矢量解析方法，其特征在于，背景阈值分割方法包括但不限于niblack公式、sauvola算法，实现对背景与目标进行分割。

3.根据权利要求1所述的一种基于lm联合优化的干涉式星敏感器星光矢量解析方法，其特征在于，连通域判断方法包括但不仅限于四连通域判断方法、八联通域判断方法。

4.根据权利要求1所述的一种基于lm联合优化的干涉式星敏感器星光矢量解析方法，其特征在于，对完成像素级聚类的光斑进行处理，得到属于一个星点的三个或四个光斑，方法如下：

5.根据权利要求1所述的一种基于lm联合优化的干涉式星敏感器星光矢量解析方法，其特征在于，联合拟合方法具体如下：

6.根据权利要求5所述的一种基于lm联合优化的干涉式星敏感器星光矢量解析方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的一种基于lm联合优化的干涉式星敏感器星光矢量解析方法，其特征在于，根据解算得到的星点质心位置和细分相位解析得到x方向星点的相位和入射角度信息，具体如下：

8.根据权利要求1所述的一种基于lm联合优化的干涉式星敏感器星光矢量解析方法，其特征在于，根据解算得到的星点质心位置和细分相位解析得到y方向星点的相位和入射角度信息，具体如下：

9.一种终端设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-8任一项所述的方法。