光学自主导航图像信息测量方法研究.pdf

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1、上海航天AERoSPACESHANGHAI第30卷2013年第5期文章编号：1006—1630(2013)05一0030—04光学自主导航图像信息测量方法研究吴双卿1，龙华保1，张卫华1、2(1．上海航天控制技术研究所，上海200233；2．上海航天技术研究院红外技术研究发展中心，上海200233)摘要：对深空探测光学自主导航中光学自主图像信息测量方法进行了研究。根据不同任务阶段中目标导航星成像特点，对远距离星图采用质心中心定位方法，对近距离所成的面目标用0tsu最大类间方差法自动分割，提取边缘闭区域轮廓，并用有效

2、轮廓数据进行椭圆拟合计算出目标中心象素位置以获得视线角信息。实验结果表明：该光学自主导航图像信息测量方法有效。关键词：深空探测；光学自主导航；质心算法；视线矢量中图分类号：V448文献标志码：AImageProcessingAlgorithmforAutonomousOpticalNaVigationSensorSystemWUShuang—qin91～，LONGHua_ba01～，ZHANGWei—hual·2(1．ShanghaiInstituteofSpaceflightContr01Technology，S

3、hanghai200233，China；2．ResearchandDevelopmentCenterofInfraredTechnology，ShanghajAcademyofSpaceflightTechnology，Shanghai200233，China)Abstract：Theimageprocessingalgorithmforautonomousopticalnavigationsensorsystemindeepspaceexplorationwasstudiedinthispaper．Accordi

4、ngtotheimagingcharacteristicsofthenavigationstarindifferentphases，thecentroidalpositioningme}hodwasappliedforthestarimagewithlongdistanceandthe0tsumaximumclassvariancemethodwasusedtocutautomaticallyforthesurfacetargetwithshortdistance．Thenthemarginalclosedregi

5、oncontourwasabstracted．TheeffectivecontourdatawasellipticfittingtocalcuIatethepixelpositionofthetargetcentraltogaintheangleofsight．Theexperimentresultsshowedthatthisimageprocessingalgorithmforautonomousopticalnavigationsensorsystemwaseffective．Keywords：Deepspa

6、ceexploration；Autonomousopticalnavigation；Centroidalgorithm；Line-of-sightvector0引言．深空探测航行距离远、时间长，期间需进行的轨道机动、轨道转移、轨道保持、姿态机动等在轨操作次数多、难度大、精度要求高，因此对深空探测导航、制导和控制技术提出了新要求。由于地球和探测天体的自转和公转运动以及导致的地面站和深空探测器相对地理位置的变化等，有时探测器会处于地面站无法测控的区域内，单纯依靠地面站遥测实现探测器导航的方式已无法收稿日期：2012一0

7、9—25；修回日期：2012—11一01作者简介：吴双卿(1981一)，女，博士，主要研究方向为光电探测、模式识别与机器视觉。满足未来深空探测任务的需求。基于光学信息的自主导航方法因有自主性强、精度高、实时性好，能简化探测器的地面支持系统等优点，具较强的生存能力，能扩展探测器在空间应用潜力，成为了近年来深空探测导航技术的研究热点。到目前为止，光学自主导航技术已在NASA的深空1号、日本的MUSES—C、欧空局的罗塞塔(Rosetta)等小天体探测任务中获得了应用[1。4]。星图图像处理在整个光学导航中占有重要地位，

8、常通过对星图图像去噪、星点分割、星体中心高精度检测等计算，实现航天器飞行轨道与姿态的确定。随着导航敏感器等光学敏感器的发展，以光学信息为主的光学导航研究成为目前深空探测自主导第30卷2013年第5期吴双卿，等：光学自主导航图像信息测量方法研究航的重点研究领域之一。为此，本文对光学自主导航图像信息测量方法进行了研究。1光学自主导航位姿测量原理基于星图图像信息的