1 中国科学院国家天文台，北京 100101
2 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
新疆25 cm望远镜是一台小口径巡天望远镜，用于支撑地球同步轨道（GEO）监测任务。空间物体监测需要依靠快速的光学图像处理技术，采用天文定位方法得到空间物体的赤经-赤纬测量信息。新疆25 cm望远镜具有指向误差较大的问题，严重影响光学图像处理的成功率。本研究分析指向误差对天文定位中星图识别的影响，提出一种改进的以指向搜索为框架的快速星图识别方法，该方法能够自动适应指向误差带来的不利影响。利用新疆南山站25 cm望远镜的图像对该方法进行测试，达到预期效果，验证其有效性和稳定性。
图像处理 光学图像处理 星图识别 天文定位 指向搜索 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0610003
中国科学院 国家天文台长春人造卫星观测站，吉林长春130117
空间目标的精密定轨需要高精度的天文定位技术，而星图匹配是天文定位的基础。本文针对精密跟踪型望远镜提出一种快速星图匹配算法，它包含优化三角形匹配和序列图像修正两部分。论文主要叙述了该算法原理、流程与实现，并对其速度与精度等方面进行了研究。首先，利用编码器轴系定位划取指向天区的星表数据，经筛选和归算列为导航星表。接着，应用降维查表的方法加速三角形匹配并通过理想坐标底片常数之间的关系校验得出首帧匹配结果。然后，修正算法结合后续各帧中望远镜指向的变化量计算导航星的理想坐标，并应用上一帧的底片常数，匹配观测星和导航星。最后，对底片常数计算得出的导航星和目标定位结果进行统计对比。经实验，计算39组星对时采用快速三角形匹配可以将时间缩短至近1/300；对后续图像（每帧含大约100组匹配星对）使用序列图像修正算法，均可以在0.04 s以内完成匹配；采用快速星图匹配算法获取的匹配星对用于对中高轨激光星定位，其平均误差在0.5″左右。由此可见，快速星图匹配算法充分满足精密跟踪型望远镜天文定位精度高、速度快的要求。
星图匹配 天文定位 三角形匹配 图像序列 底片常数 star pattern matching astronomical positioning triangle matching image sequence Plate constants 光学 精密工程
2022, 30(22): 2952
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 海军上海航保修理厂, 上海 200083
星图识别的速度决定了姿态更新率。针对基于对数极坐标变换的星图识别算法的循环位移带来的耗时问题,提出了一种改进算法。首先寻找距离视场中心最近的星点来构造新的直角坐标系,并转换为极坐标,然后将星点坐标投影至距离轴,构造星模式的特征向量。由于极坐标变换在距离轴上具有旋转不变性,所以避免了循环位移带来的耗时问题。仿真表明,所提算法平均识别时间减少到传统算法的8.4%,受到位置噪声影响时的识别率下降趋势更小,受到伪星和缺星影响时的识别率依旧高于传统算法。由于受到噪声影响时星模式相较于由恒星构成的三角形模式改变较大,所提算法的识别成功率总体上仍会低于三角形识别算法。
图像处理 星图识别 坐标变换 天文定位 星敏感器 特征向量 光学学报
2021, 41(10): 1010001
航天工程大学电子与光学工程系, 北京 101416
结合单位矢量法的优点,提出一种适用于相机阵列的空间目标初轨确定(IOD)方法,并给出新的条件方程和具体流程。使用实验室搭建的相机阵列系统对某空间目标进行跟踪,并对帧频为25 Hz、时长为5 min的实测数据进行处理和分析,得到该空间目标在不同观测时长下的IOD结果,并以轨道半长轴的测定精度为主要指标进行精度分析。实验结果表明,在同一观测时长下,所提方法能有效减小IOD误差,提高IOD的可靠性。
散射 相机阵列 空间目标 初轨确定 天文定位
航天工程大学电子与光学工程系, 北京 100000
将由商业相机组成的相机阵列应用于空间目标的初轨确定。介绍了相机阵列的系统概况,结合相机阵列的技术特点,从空间目标探测能力、定位精度、初轨确定算法改进三方面分析了将相机阵列应用于空间目标初轨确定的可行性,提供了主要流程,进行了实验验证。实验结果初步展示了相机阵列系统在提高极限探测星等和初轨确定精度方面的能力。
探测器 相机阵列 初轨确定 天文定位
1 中国科学院 紫金山天文台, 江苏 南京 210008
2 中国科学院 空间目标与碎片观测重点实验室, 江苏 南京 210008
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
4 中国科学院大学 北京 100049
5 北京师范大学附属实验中学, 北京 100032
同每个像素曝光开始及结束时间相同的传统科学级CCD相机相比, 近年来出现的卷帘快门(rolling shutter) sCMOS相机工作时每个像素的曝光开始及结束时间不同, 曝光时间相同, 因此需要评估sCMOS相机像素之间曝光开始及结束时间不同对空间碎片测量精度的影响。首先测试了卷帘快门sCMOS相机的工作时序和最大延迟时间, 并得出曝光不同步的改正公式, 再以激光卫星为目标, 测试了两种典型观测模式下空间碎片的天文定位精度, 并对应用曝光不同步改正前后结果进行对比。测试结果表明sCMOS相机卷帘快门的工作时序与理论一致, 边缘曝光延迟最大10 ms; 实测表明恒星位置内符合精度优于2 arcsec, 目标天文定位精度优于3 arcsec。sCMOS相机能够用于空间碎片观测, 能够实现较高的位置测量精度。
卷帘快门 空间碎片 天文定位 sCMOS sCMOS rolling shutter space debris astronomical positioning
第二炮兵工程大学兵器发射理论与技术国家重点学科实验室,西安 710025
运用数字天顶仪对测站点位置进行定位是一种高精度的天文定位方法。在对测站点位置解算的过程中, 缺少一种对星点数据进行有效筛选的方法。往往直接对实验获得的星点数据进行处理, 影响了最终的定位精度。为了解决上述问题, 提出了一种星点筛选的方法, 该方法以残差为研究对象, 运用格罗布斯准则, 在迭代计算的过程中反复对星点数据进行筛选, 然后再使用最小二乘算法进行解算。实验数据的处理结果剔除了部分含有粗大误差的星点, 提高了解算数据的可靠性, 使定位的精度提高了大约5 m。
数字天顶仪 天文定位 残差 格罗布斯准则 定位精度 digital zenith instrument astronomical positioning residual error Grubbs criterion positioning accuracy
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430073
结合炮兵测地车对位置和航向信息的需求,在简要分析炮兵测地车应用米级天文定位系统必要性的基础上,结合国外现有产品成果和目前国内技术基础,给出了天文定位系统的组成和基本工作原理。对多星体同步敏感单元的光轴指向测量误差、方位旋转单元水平姿态测量误差、时间测量误差等影响天文定位系统的三种主要误差源进行分析,认为天文定位系统可以达到炮兵测地车对位置和航向信息的需求。
测地车 天文定位 惯性定位 组合导航 误差补偿 locationing vehicle astronomical positioning inertial positioning integrated navigation error compensation
