針對拖尾星像數(shù)值模擬的離散點間隔的優(yōu)化確定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種針對拖尾星像數(shù)值模擬的離散點間隔的優(yōu)化確定方法，實現(xiàn)步驟如下：設定離散點間隔不大于作為點擴散函數(shù)的二維高斯分布函數(shù)的均方差，在拖尾星像中心軌跡弧段上，選取有限個離散位置采樣點，以這些離散點為中心，建立二維高斯灰度點擴散函數(shù)，將所有高斯點擴散函數(shù)作疊加，得到平滑的曲面輪廓。
【專利說明】針對拖尾星像數(shù)值模擬的離散點間隔的優(yōu)化確定方法 (一）

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種針對拖尾星像數(shù)值模擬的離散點間隔的優(yōu)化確定方法，屬于圖像 分析領(lǐng)域，是一項實現(xiàn)動態(tài)星圖模擬的優(yōu)化技術(shù)。 (二）

【背景技術(shù)】
[0002] 星敏感器是飛行器主要的姿態(tài)測量裝置之一，其工程應用最大的瓶頸性制約因素 是載體機動導致的動態(tài)成像拖尾。星模擬器是星敏感器的試驗測試裝置，星敏感器動態(tài)圖 像的處理能力的檢驗測試，需要星模擬器生成具有拖尾特征的動態(tài)星圖。星像動態(tài)拖尾已 嚴重影響到星敏感器的功能，不可以再利用靜態(tài)星圖序列檢驗捷聯(lián)星敏感器算法的動態(tài)適 應能力。
[0003] 當星敏感器相對慣性系絕對靜止時，靜態(tài)星像呈近似圓形，能量近似為二維高斯 分布，如圖1所示。如果捷聯(lián)載體相對慣性系存在姿態(tài)機動，則在星敏感器本體產(chǎn)生相應的 三軸角速率，導致動態(tài)成像拖尾。理想拖尾星像覆蓋范圍內(nèi)任一像素的能量，是幅值衰減的 高斯點擴散函數(shù)沿拖尾軌跡的線積分，但程序中做線積分時間長，難以保障實時性。
[0004] 工程應用中，動態(tài)星像模擬通常采用快速的數(shù)值積分方法，根據(jù)星敏感器三軸姿 態(tài)、三軸角速率及光學系統(tǒng)模型，在成像面的拖尾軌跡上設定有限個離散位置點，以這些離 散位置點為中心，建立二維高斯灰度點擴散函數(shù)，對所有高斯點擴散函數(shù)作疊加，即可模擬 出星敏感器視場內(nèi)任一星的動態(tài)拖尾星像，如圖2所示，圖中星k相對星敏感器本體具有相 對角運動。拖尾軌跡上離散位置點間隔的大小直接影響模擬拖尾星像的相似性，離散位置 點間隔過長，疊加結(jié)果將產(chǎn)生紋波噪聲，如圖3所示。因此，針對動態(tài)拖尾星像數(shù)值模擬，采 用這種離散點間隔的優(yōu)化確定方法，可以達到兼顧實時性和相似性的模擬仿真效果。 (三）


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種針對拖尾星像數(shù)值模擬的離散點間隔的優(yōu)化確定方 法。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] 設某拖尾星像中心軌跡為一弧段，在該弧段上選取有限個離散位置采樣點，作為 二維高斯灰度點擴散函數(shù)的中心，將這些高斯點擴散函數(shù)作疊加。通過仿真發(fā)現(xiàn)，點間隔 越小，疊加后的結(jié)果紋波幅度越小，且越接近積分形式的理想拖尾星像外廓，隨著點間隔增 大，疊加結(jié)果的紋波幅度也會增大。當采樣點間隔不大于二維高斯分布的均方差σ時，各 離散位置點的高斯分布疊加后得到平滑的輪廓曲面。由于二維高斯分布中兩個自變量概率 分布相互獨立，只針對一維高斯分布進行分析的結(jié)果不失一般性，圖4為不同離散點間隔 情況下離散高斯函數(shù)曲線疊加得到的外廓仿真圖，離散點間隔為2 〇和4 〇情形，疊加后的 輪廓曲線都有紋波，而0.5〇和1〇情形則沒有紋波。 (四）

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1為靜態(tài)星像的灰度二維高斯分布仿真圖；
[0009] 圖2為動態(tài)拖尾成像機理及數(shù)值模擬方法示意圖；
[0010] 圖3為離散點間隔大于1 〇情形下二維高斯點擴散函數(shù)疊加結(jié)果仿真圖；
[0011] 圖4為不同間隔情況下離散高斯函數(shù)曲線疊加得到的外廓圖； (五）【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖4舉例對本發(fā)明作更進一步的描述和說明：
[0013] 設某拖尾軌跡為X軸上從-10到10的一條線段，分別以4 σ、2 σ、1 σ、〇. 4 0為間 隔，在該拖尾軌跡上選取有限個離散位置采樣點，作為高斯灰度點擴散函數(shù)的中心，將這些 高斯點擴散函數(shù)作疊加。由于二維高斯分布中兩個自變量概率分布相互獨立，只針對一維 高斯分布進行分析的結(jié)果不失一般性。通過一維高斯分布仿真發(fā)現(xiàn)，點間隔越小，疊加后的 曲線紋波幅度越小，且越接近數(shù)學積分計算獲得的理想拖尾星像外廓，隨著點間隔增大，疊 加結(jié)果的紋波幅度也會增大。當采樣點間隔等于1σ時，離散位置點的高斯分布曲線疊加 后的輪廓曲線則非常平滑，紋波幅度小于1〇_ 7,如附圖4所示。
[0014] 考察間隔為1〇的疊加輪廓近似拖尾曲線，與理想拖尾曲線比較計算，兩條曲線 的相關(guān)系數(shù)R = 〇. 9883,兩條曲線的歐氏距離（均方根誤差）RMS = 0. 0683。因此，以間隔 1 σ的靜態(tài)高斯函數(shù)序列疊加所成的近似拖尾外廓線代替理想拖尾曲線，具有足夠的相似 度。
[0015] 這里需要說明兩點：①由于成像陣列為平面，而不是曲率半徑為焦距的弧面，則光 積分時段內(nèi)拖尾速度有變化，要求在拖尾速度最快一端的離散點間隔保障不大于1 σ，在采 樣時間相等條件下其它離散點間隔則小于1 σ ;②計算拖尾長度，劃分出整數(shù)個采樣點間 隔，而且在拖尾速度最快一端的離散點間隔要保障不超過1σ，若產(chǎn)生采樣點間隔為小數(shù)的 劃分情形，則會造成疊加后拖尾星像的中心位置偏移。
[0016] 過多的間隔數(shù)量可以保證疊加后無紋波，但會增加數(shù)值仿真的計算時間，間隔的 數(shù)量過少雖然可以降低計算量，但如果出現(xiàn)間隔長度超過1 σ的情形，則會產(chǎn)生紋波噪聲。 因此，優(yōu)化的方法是最長間隔接近于1σ，同時整個拖尾中心軌跡弧段又能保證劃分出整數(shù) 個間隔。
【權(quán)利要求】
1.針對拖尾星像數(shù)值模擬的離散點間隔的優(yōu)化確定方法，其特征是，所述方法步驟如 下： (1) 在拖尾星像中心軌跡弧段上，選取有限個離散位置采樣點，以這些離散點為中心， 建立二維高斯灰度點擴散函數(shù)； (2) 設定離散點間隔不大于二維高斯灰度點擴散函數(shù)的均方差； (3) 將所有高斯點擴散函數(shù)作疊加，得到平滑的曲面輪廓。
【文檔編號】G01C25/00GK104154934SQ201410422979
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】王海涌, 宋振飛 申請人:北京航空航天大學