本發(fā)明涉及星敏感器領(lǐng)域，特別地，涉及一種基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法和星敏感器。

背景技術(shù)：

星敏感器是以恒星為參照物、以觀測星圖為處理對象的高精度姿態(tài)測量儀器，主要包括光學成像和數(shù)據(jù)處理兩個過程，如附圖1所示。在光學成像過程中，利用傳統(tǒng)透鏡相機對視軸指向的星空進行觀測，在圖像傳感器(ccd或者cmos)中成像得到觀測星圖。采用傳統(tǒng)星敏感器的光學成像系統(tǒng)類似于透鏡相機，其本質(zhì)是物點函數(shù)經(jīng)過點擴散函數(shù)響應生成對應像點函數(shù)的過程。然而，目前星敏感器向著大視場、高精度和高動態(tài)方向發(fā)展，這給傳統(tǒng)的成像及數(shù)據(jù)處理方式帶來了挑戰(zhàn)。按照傳統(tǒng)的采樣方法，大視場高精度星敏感器需要有較高的像素分辨率，在星載平臺上設(shè)備重量體積受限、能源供應有限、處理能力低等條件下，高分辨率帶來的高數(shù)據(jù)率對模-數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲與處理造成巨大的壓力。高精度星敏感器面臨著數(shù)據(jù)量過大、處理速度不足等問題，對其效能及應用造成較大的限制。

因此，現(xiàn)有的高精度星敏感器面臨的數(shù)據(jù)量過大和處理速度不足，是一個亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法和星敏感器，以解決現(xiàn)有的高精度星敏感器面臨的數(shù)據(jù)量過大和處理速度不足的技術(shù)問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法，包括步驟：

對星空進行壓縮感知成像，獲取壓縮感知成像后的觀測星圖；

將獲取的壓縮感知成像后的數(shù)據(jù)進行處理，提取壓縮感知成像后的觀測星圖中的星點質(zhì)心位置并計算其特征，并與預設(shè)的導航特征數(shù)據(jù)庫進行匹配識別，確定當前星敏感器的三軸指向。

進一步地，對星空進行壓縮感知成像，獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的步驟包括：

對星空進行壓縮采樣，獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值；

對壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值進行稀疏重構(gòu)，獲取重構(gòu)后的觀測星圖。

進一步地，對星空進行壓縮采樣，獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值的步驟包括：

根據(jù)觀測星圖在頻域和空域中稀疏特性不同，采用頻域壓縮感知成像模式或空域壓縮感知成像模式獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值。

進一步地，采用頻域壓縮感知成像模式獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值的步驟包括：

基于觀測星圖的頻域稀疏性，采用頻域壓縮感知成像模式對星空進行非相干測量，獲取非相干測量的壓縮測量值。

進一步地，采用空域壓縮感知成像模式獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值的步驟包括：

基于觀測星圖的空域稀疏性，采用空域壓縮感知成像模式對星空進行疊加壓縮測量，在疊加空間中提取星點特征。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種基于壓縮感知成像的星敏感器，包括：

壓縮成像模塊，用于對星空進行壓縮感知成像，獲取壓縮感知成像后的觀測星圖；

數(shù)據(jù)處理模塊，用于將獲取的壓縮感知成像后的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，提取壓縮感知成像后的觀測星圖中的星點質(zhì)心位置，并與預設(shè)的導航特征數(shù)據(jù)庫進行匹配識別，確定當前星敏感器的三軸指向。

進一步地，壓縮成像模塊包括：

壓縮采樣單元，用于對星空進行壓縮采樣，獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值；

數(shù)據(jù)重構(gòu)單元，用于對壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值進行稀疏重構(gòu)，獲取重構(gòu)后的觀測星圖。

進一步地，壓縮采樣單元包括壓縮測量值獲取子單元，

壓縮測量值獲取子單元，用于根據(jù)觀測星圖在頻域和空域中稀疏特性不同，采用頻域壓縮感知成像模式或空域壓縮感知成像模式獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值。

進一步地，壓縮測量值獲取子單元包括頻域壓縮感知成像子單元，

頻域壓縮感知成像子單元，用于基于觀測星圖的頻域稀疏性，采用頻域壓縮感知成像模式對星空進行非相干測量，獲取非相干測量的壓縮測量值。

進一步地，壓縮測量值獲取子單元包括空域壓縮感知成像子單元，

空域壓縮感知成像子單元，用于基于觀測星圖的空域稀疏性，采用空域壓縮感知成像模式對星空進行疊加壓縮測量，在疊加空間中提取星點特征。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法和星敏感器，基于壓縮感知理論將傳統(tǒng)的光學成像發(fā)展為壓縮感知成像，并針對壓縮成像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理以實現(xiàn)低采樣率下的姿態(tài)確定。本發(fā)明提供的基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法和星敏感器，不需要進行二維成像，以較少的數(shù)據(jù)量就可以保持高精度的姿態(tài)輸出，相比于傳統(tǒng)光學成像方法，降低了大視場高精度星敏感器在數(shù)據(jù)采集、存儲與處理方面的昂貴代價。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1是現(xiàn)有的星敏感器光學成像方法的流程示意框圖；

圖2是本發(fā)明基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法第一實施例的流程示意圖；

圖3是本發(fā)明基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法優(yōu)選實施例的流程示意框圖；

圖4是本發(fā)明基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法第二實施例的流程示意圖；

圖5是本發(fā)明基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法第三實施例的流程示意圖；

圖6是本發(fā)明基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法第四實施例的流程示意圖；

圖7是本發(fā)明基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法第五實施例的流程示意圖；

圖8是本發(fā)明基于壓縮感知成像的星敏感器第一實施例的結(jié)構(gòu)框圖；

圖9是圖8中壓縮成像模塊優(yōu)選實施例的功能模塊示意圖；

圖10是本發(fā)明壓縮成像模塊中壓縮測量值獲取子單元優(yōu)選實施例的功能模塊示意圖。

附圖標號說明：

10、壓縮成像模塊；20、數(shù)據(jù)處理模塊；11、壓縮采樣單元；12、數(shù)據(jù)重構(gòu)單元；111、壓縮測量值獲取子單元；1111、頻域壓縮感知成像子單元；1112、空域壓縮感知成像子單元。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。

參照圖2和圖3，本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了一種基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法，包括步驟：

步驟s100、對星空進行壓縮感知成像，獲取壓縮感知成像后的觀測星圖。

星敏感器是以恒星為參照物進行姿態(tài)測量的敏感器件，星圖中只有少量的像素記錄了星點信息，其余大部分背景像素均未包含有用信息，具有自然的稀疏特性。在本實施例中，利用壓縮感知(compressivesensing，cs)理論對星空進行壓縮感知成像，壓縮感知成像過程包括壓縮采樣和稀疏重構(gòu)，壓縮采樣是通過壓縮測量獲得壓縮感知成像后的觀測星圖，該壓縮感知成像后的觀測星圖中記錄有星點信息的測量值，該測量值與星圖的稀疏度量級相當，該測量數(shù)值的維數(shù)遠小于光學成像的觀測星圖的維數(shù)，屬低維數(shù)據(jù)。稀疏重構(gòu)是通過合適的測量矩陣和重構(gòu)方法，對壓縮感知成像后的觀測星圖的星點特征信息進行重構(gòu)。

步驟s200、將獲取的壓縮感知成像后的觀測星圖進行數(shù)據(jù)處理，提取壓縮感知成像后的觀測星圖中的星點質(zhì)心位置并計算其特征，并與預設(shè)的導航特征數(shù)據(jù)庫進行匹配識別，確定當前星敏感器的三軸指向。

將獲取的壓縮感知成像后的數(shù)據(jù)進行處理的過程，主要包括可靠星模式識別和姿態(tài)計算，其中，可靠星模式識別是尋找觀測星圖中的星點在星表中對應的導航星的過程。星模式識別主要包括星特征提取和匹配識別等過程。星特征提取是提取壓縮感知成像所得的觀測星圖中觀測星的星點質(zhì)心和星亮度等信息并由此構(gòu)造星點識別特征的過程，同時根據(jù)星點提取的質(zhì)心位置可以得到星點在星敏感坐標系的方向矢量，為后續(xù)姿態(tài)計算提供觀測星矢量信息。匹配識別是通過將觀測星特征與預設(shè)的導航特征數(shù)據(jù)庫中的導航星的特征進行對比，尋找星圖中觀測星對應的導航星的過程。若觀測星的特征與導航星的特征在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)，那么兩者成功匹配，否則匹配失敗。匹配識別的結(jié)果是找到與觀測星相對應的導航星，由此獲得了導航星在參考坐標系下的方向矢量，結(jié)合觀測星在星敏感器坐標系下的方向矢量，即計算出當前星敏感器的三軸指向。

本實施例提供的基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法，基于壓縮感知理論將傳統(tǒng)的光學成像發(fā)展為壓縮感知成像，并針對壓縮成像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理以實現(xiàn)低采樣率下的姿態(tài)確定。本發(fā)明提供的基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法，不需要進行二維成像，以較少的數(shù)據(jù)量就可以保持高精度的姿態(tài)輸出，相比于傳統(tǒng)光學成像方法，降低了大視場高精度星敏感器在數(shù)據(jù)采集、存儲與處理方面的昂貴代價。

優(yōu)選地，如圖4所示，圖4是本發(fā)明基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法第二實施例的流程示意圖，本實施例提供的基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法，在第一實施例的基礎(chǔ)上，步驟s200包括：

步驟s210、對星空進行壓縮采樣，獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值。

根據(jù)觀測星圖在頻域和空域中稀疏特性不同，可以有兩種壓縮成像方式，其中，兩種壓縮成像方式分別為頻域壓縮感知模式和時壓縮感知模式，在本實施例中，通過這兩種模式獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值。

步驟s220、對壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值進行稀疏重構(gòu)，獲取重構(gòu)后的觀測星圖。

提取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值中的星點的壓縮特征，并對提取的星點的壓縮特征進行重構(gòu)，最后通過直接的重構(gòu)解算得到星點在原始圖像中的質(zhì)心位置。

優(yōu)選地，如圖5所示，圖5是本發(fā)明基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法第三實施例的流程示意圖，本實施例提供的基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法，在第二實施例的基礎(chǔ)上，步驟s210包括：

步驟s210a、根據(jù)觀測星圖在頻域和空域中稀疏特性不同，采用頻域壓縮感知成像模式或空域壓縮感知成像模式獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值。

根據(jù)觀測星圖在頻域和空域中稀疏特性不同，采用不同的壓縮感知成像模式獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值，若基于觀測星圖在頻域稀疏特性，則采用頻域壓縮感知成像模式；對應地，若基于觀測星圖在空域稀疏特性，則采用空域壓縮感知成像模式。

本實施例提供的基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法，基于壓縮感知理論將傳統(tǒng)的光學成像發(fā)展為壓縮感知成像，根據(jù)觀測星圖在頻域和空域中稀疏特性不同采用不同的壓縮感知成像模式獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值，并針對壓縮成像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理以實現(xiàn)低采樣率下的姿態(tài)確定。本實施例提供的基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法，不需要進行二維成像，以較少的數(shù)據(jù)量就可以保持高精度的姿態(tài)輸出，相比于傳統(tǒng)光學成像方法，降低了大視場高精度星敏感器在數(shù)據(jù)采集、存儲與處理方面的昂貴代價。

優(yōu)選地，如圖6所示，圖6是本發(fā)明基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法第四實施例的流程示意圖，本實施例提供的基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法，在第三實施例的基礎(chǔ)上，步驟s210a包括：

步驟s210a、基于觀測星圖的頻域稀疏性，采用頻域壓縮感知成像模式對星空進行非相干測量，獲取非相干測量的壓縮測量值。

基于觀測星圖的頻域稀疏性，星敏感器頻域壓縮成像的實質(zhì)是壓縮采樣與稀疏重構(gòu)。在本實施例中，采用頻域壓縮感知成像模式對星空進行典型壓縮感知的非相干測量，然后通過稀疏重構(gòu)從低維測量值中恢復得到重構(gòu)星圖。

本實施例提供的基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法，基于壓縮感知理論將傳統(tǒng)的光學成像發(fā)展為壓縮感知成像，基于觀測星圖的頻域稀疏性，采用頻域壓縮感知成像模式對星空進行非相干測量，獲取非相干測量的壓縮測量值，并針對壓縮成像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理以實現(xiàn)低采樣率下的姿態(tài)確定。本實施例提供的基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法，不需要進行二維成像，以較少的數(shù)據(jù)量就可以保持高精度的姿態(tài)輸出，相比于傳統(tǒng)光學成像方法，降低了大視場高精度星敏感器在數(shù)據(jù)采集、存儲與處理方面的昂貴代價。

優(yōu)選地，如圖7所示，圖7是本發(fā)明基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法第五實施例的流程示意圖，本實施例提供的基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法，在第三實施例的基礎(chǔ)上，步驟s210a還包括：

步驟s210b、基于觀測星圖的空域稀疏性，采用空域壓縮感知成像模式對星空進行疊加壓縮測量，在疊加空間中提取星點特征。

基于觀測星圖的空域稀疏性，星敏感器空域成像的實質(zhì)是基于星圖空域稀疏性進行光學疊加采樣和星點的特征重構(gòu)。在本實施例中，采用空域壓縮感知成像模式對星空進行疊加壓縮測量，在低維疊加空間中提取星點壓縮特征，并進行基于星點壓縮特征的數(shù)據(jù)重構(gòu)，解算得到星占在原始圖像中的質(zhì)心位置。星敏器空域壓縮成像的實質(zhì)是基于星圖空域稀疏性進行光學疊加采樣和星點的特征重構(gòu)。對于原始圖像的圖像矩陣進行疊加采樣，得到疊加圖像。疊加測量在降低采樣率的同時，也將原始圖像與疊加圖像的像素進行關(guān)聯(lián)。通過兩次疊加的方式，能夠基于同一目標在低維數(shù)據(jù)中的不同位置重構(gòu)出其在原始圖像中的位置。對星圖來講，主要考慮星點在圖像中的質(zhì)心位置。星敏器空域壓縮成像方式可以在不對星空進行全維采樣的情況下獲得星點的特征信息，即首先通過壓縮測量獲得低維數(shù)據(jù)，進而通過疊加空間中的數(shù)據(jù)處理得到星點的壓縮特征，最后通過直接的重構(gòu)解算得到星點在原始圖像中的質(zhì)心位置。

本實施例提供的基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法，基于壓縮感知理論將傳統(tǒng)的光學成像發(fā)展為壓縮感知成像，基于觀測星圖的空域稀疏性，采用空域壓縮感知成像模式對星空進行疊加壓縮測量，在疊加空間中提取星點特征，并針對壓縮成像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理以實現(xiàn)低采樣率下的姿態(tài)確定。本實施例提供的基于壓縮感知成像的姿態(tài)確定方法，不需要進行二維成像，以較少的數(shù)據(jù)量就可以保持高精度的姿態(tài)輸出，相比于傳統(tǒng)光學成像方法，降低了大視場高精度星敏感器在數(shù)據(jù)采集、存儲與處理方面的昂貴代價。

如圖8所示，本實施例還提供一種基于壓縮感知成像的星敏感器，包括：

壓縮成像模塊10，用于對星空進行壓縮感知成像，獲取壓縮感知成像后的觀測星圖；

數(shù)據(jù)處理模塊20，用于將獲取的壓縮感知成像后的觀測星圖進行數(shù)據(jù)處理，確定當前星敏感器的三軸指向。

星敏感器是以恒星為參照物進行姿態(tài)測量的敏感器件，星圖中只有少量的像素記錄了星點信息，其余大部分背景像素均未包含有用信息，具有自然的稀疏特性。在本實施例中，壓縮成像模塊10利用壓縮感知理論對星空進行壓縮感知成像，壓縮感知成像過程包括壓縮采樣和稀疏重構(gòu)，壓縮采樣是通過壓縮測量獲得壓縮感知成像后的觀測星圖，該壓縮感知成像后的觀測星圖中記錄有星點信息的測量值，該測量值與星圖的稀疏度量級相當，該測量數(shù)值的維數(shù)遠小于光學成像的觀測星圖的維數(shù)，屬低維數(shù)據(jù)。稀疏重構(gòu)是通過合適的測量矩陣和重構(gòu)方法，對壓縮感知成像后的觀測星圖的星點特征信息進行重構(gòu)。

數(shù)據(jù)處理模塊20將獲取的壓縮感知成像后的數(shù)據(jù)進行處理的過程，主要包括可靠星模式識別和姿態(tài)計算，其中，可靠星模式識別是尋找觀測星圖中的星點在星表中對應的導航星的過程。星模式識別主要包括導航特征數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、星特征提取和匹配識別等過程。星特征提取是提取壓縮感知成像所得的觀測星圖中觀測星的星點質(zhì)心和星亮度等信息并由此構(gòu)造星點識別特征的過程，同時根據(jù)星點提取的質(zhì)心位置可以得到星點在星敏感坐標系的方向矢量，為后續(xù)姿態(tài)計算提供觀測星矢量信息。匹配識別是通過將觀測星特征與預設(shè)的導航特征數(shù)據(jù)庫中的導航星的特征進行對比，尋找星圖中觀測星對應的導航星的過程。若觀測星的特征與導航星的特征在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)，那么兩者成功匹配，否則匹配失敗。匹配識別的結(jié)果是找到與觀測星相對應的導航星，由此獲得了導航星在參考坐標系下的方向矢量，結(jié)合觀測星在星敏感器坐標系下的方向矢量，即計算出當前星敏感器的三軸指向。

本實施例提供的基于壓縮感知成像的星敏感器，基于壓縮感知理論將傳統(tǒng)的光學成像發(fā)展為壓縮感知成像，并針對壓縮成像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理以實現(xiàn)低采樣率下的姿態(tài)確定。本發(fā)明提供的基于壓縮感知成像的星敏感器，不需要進行二維成像，以較少的數(shù)據(jù)量就可以保持高精度的姿態(tài)輸出，相比于傳統(tǒng)光學成像方法，降低了大視場高精度星敏感器在數(shù)據(jù)采集、存儲與處理方面的昂貴代價。

優(yōu)選地，如圖9所示，本實施例提供的基于壓縮感知成像的星敏感器，壓縮成像模塊10包括：

壓縮采樣單元11，用于對星空進行壓縮采樣，獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值；

數(shù)據(jù)重構(gòu)單元12，用于對壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值進行稀疏重構(gòu)，獲取重構(gòu)后的觀測星圖。

根據(jù)觀測星圖在頻域和空域中稀疏特性不同，可以有兩種壓縮成像方式，其中，兩種壓縮成像方式分別為頻域壓縮感知模式和時壓縮感知模式，在本實施例中，壓縮采樣單元11通過這兩種模式獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值。

數(shù)據(jù)重構(gòu)單元12提取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值中的星點的壓縮特征，并對提取的星點的壓縮特征進行重構(gòu)，最后通過直接的重構(gòu)解算得到星點在原始圖像中的質(zhì)心位置。

本實施例提供的基于壓縮感知成像的星敏感器，基于壓縮感知理論將傳統(tǒng)的光學成像發(fā)展為通過壓縮采樣和稀疏重構(gòu)來壓縮感知成像，并針對壓縮成像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理以實現(xiàn)低采樣率下的姿態(tài)確定。本實施例提供的基于壓縮感知成像的星敏感器，不需要進行二維成像，以較少的數(shù)據(jù)量就可以保持高精度的姿態(tài)輸出，相比于傳統(tǒng)光學成像方法，降低了大視場高精度星敏感器在數(shù)據(jù)采集、存儲與處理方面的昂貴代價。

優(yōu)選地，如圖10所示，本實施例提供的基于壓縮感知成像的星敏感器，壓縮采樣單元11包括壓縮測量值獲取子單元111，

壓縮測量值獲取子單元111，用于根據(jù)觀測星圖在頻域和空域中稀疏特性不同，采用頻域壓縮感知成像模式或空域壓縮感知成像模式獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值。

壓縮測量值獲取子單元111根據(jù)觀測星圖在頻域和空域中稀疏特性不同，采用不同的壓縮感知成像模式獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值，若基于觀測星圖在頻域稀疏特性，則采用頻域壓縮感知成像模式；對應地，若基于觀測星圖在空域稀疏特性，則采用空域壓縮感知成像模式。

本實施例提供的基于壓縮感知成像的星敏感器，，基于壓縮感知理論將傳統(tǒng)的光學成像發(fā)展為壓縮感知成像，根據(jù)觀測星圖在頻域和空域中稀疏特性不同采用不同的壓縮感知成像模式獲取壓縮感知成像后的觀測星圖的壓縮測量值，并針對壓縮成像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理以實現(xiàn)低采樣率下的姿態(tài)確定。本實施例提供的星載姿態(tài)確定系統(tǒng)，不需要進行二維成像，以較少的數(shù)據(jù)量就可以保持高精度的姿態(tài)輸出，相比于傳統(tǒng)光學成像方法，降低了大視場高精度星敏感器在數(shù)據(jù)采集、存儲與處理方面的昂貴代價。

進一步地，如圖10所示，本實施例提供的基于壓縮感知成像的星敏感器，測量值獲取子單元111包括頻域壓縮感知成像子單元1111，

壓縮感知成像子單元1111，用于基于觀測星圖的頻域稀疏性，采用頻域壓縮感知成像模式對星空進行非相干測量，獲取非相干測量的壓縮測量值。測量矩陣的構(gòu)造是非相干測量的核心內(nèi)容，也是壓縮感知由理論邁向應用的實現(xiàn)環(huán)節(jié)，測量矩陣設(shè)計的關(guān)鍵是保證稀疏信號在進行高維到低維的壓縮測量時，重要的信息能夠感知并且不遭到破壞。根據(jù)測量矩陣的維束等距性質(zhì)、與稀疏基矩陣的非相干性以及零空間的特性等條件，按照構(gòu)造方式將測量矩陣分為隨機測量矩陣和確定性測量矩陣兩大類，其中，隨機矩陣包括高斯隨機測量矩陣、貝努利測量矩陣、傅里葉隨機測量矩陣、非相關(guān)測量矩陣等。確定性測量矩陣包括多項式矩陣等。

基于觀測星圖的頻域稀疏性，星敏感器頻域壓縮成像的實質(zhì)是壓縮采樣與稀疏重構(gòu)。在本實施例中，壓縮感知成像子單元1111采用頻域壓縮感知成像模式對星空進行典型壓縮感知的非相干測量，然后通過稀疏重構(gòu)從低維測量值中恢復得到重構(gòu)星圖。測量矩陣的構(gòu)造是非相干測量的核心內(nèi)容，也是壓縮感知由理論邁向應用的實現(xiàn)環(huán)節(jié)，測量矩陣設(shè)計的關(guān)鍵是保證稀疏信號在進行高維到低維的壓縮測量時，重要的信息能夠感知并且不遭到破壞。根據(jù)測量矩陣的維束等距性質(zhì)、與稀疏基矩陣的非相干性以及零空間的特性等條件，按照構(gòu)造方式將測量矩陣分為隨機測量矩陣和確定性測量矩陣兩大類，其中，隨機矩陣包括高斯隨機測量矩陣、貝努利測量矩陣、傅里葉隨機測量矩陣、非相關(guān)測量矩陣等。確定性測量矩陣包括多項式矩陣等。

本實施例提供的基于星敏感器的基于壓縮感知成像的星敏感器，基于壓縮感知理論將傳統(tǒng)的光學成像發(fā)展為壓縮感知成像，基于觀測星圖的頻域稀疏性，采用頻域壓縮感知成像模式對星空進行非相干測量，獲取非相干測量的壓縮測量值，并針對壓縮成像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理以實現(xiàn)低采樣率下的姿態(tài)確定。本實施例提供的基于壓縮感知成像的星敏感器，不需要進行二維成像，以較少的數(shù)據(jù)量就可以保持高精度的姿態(tài)輸出，相比于傳統(tǒng)光學成像方法，降低了大視場高精度星敏感器在數(shù)據(jù)采集、存儲與處理方面的昂貴代價。

進一步地，如圖10所示，本實施例提供的基于壓縮感知成像的星敏感器，測量值獲取子單元111包括空域壓縮感知成像子單元1112，

空域壓縮感知成像子單元1112，用于基于觀測星圖的空域稀疏性，采用空域壓縮感知成像模式對星空進行疊加壓縮測量，在疊加空間中提取星點特征。

基于觀測星圖的空域稀疏性，星敏感器空域成像的實質(zhì)是基于星圖空域稀疏性進行光學疊加采樣和星點的特征重構(gòu)。在本實施例中，空域壓縮感知成像子單元1112采用空域壓縮感知成像模式對星空進行疊加壓縮測量，在低維疊加空間中提取星點壓縮特征，并進行基于星點壓縮特征的數(shù)據(jù)重構(gòu)，解算得到星占在原始圖像中的質(zhì)心位置。星敏器空域壓縮成像的實質(zhì)是基于星圖空域稀疏性進行光學疊加采樣和星點的特征重構(gòu)。對于原始圖像的圖像矩陣進行疊加采樣，得到疊加圖像。疊加測量在降低采樣率的同時，也將原始圖像與疊加圖像的像素進行關(guān)聯(lián)。通過兩次疊加的方式，能夠基于同一目標在低維數(shù)據(jù)中的不同位置重構(gòu)出其在原始圖像中的位置。對星圖來講，主要考慮星點在圖像中的質(zhì)心位置。星敏器空域壓縮成像方式可以在不對星空進行全維采樣的情況下獲得星點的特征信息，即首先通過壓縮測量獲得低維數(shù)據(jù)，進而通過疊加空間中的數(shù)據(jù)處理得到星點的壓縮特征，最后通過直接的重構(gòu)解算得到星點在原始圖像中的質(zhì)心位置。

本實施例提供的基于壓縮感知成像的星敏感器，基于壓縮感知理論將傳統(tǒng)的光學成像發(fā)展為壓縮感知成像，基于觀測星圖的空域稀疏性，采用空域壓縮感知成像模式對星空進行疊加壓縮測量，在疊加空間中提取星點特征，并針對壓縮成像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理以實現(xiàn)低采樣率下的姿態(tài)確定。本實施例提供的基于壓縮感知成像的星敏感器，不需要進行二維成像，以較少的數(shù)據(jù)量就可以保持高精度的姿態(tài)輸出，相比于傳統(tǒng)光學成像方法，降低了大視場高精度星敏感器在數(shù)據(jù)采集、存儲與處理方面的昂貴代價。

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