专利名称：光学导航目标星模拟仿真图像生成方法
技术领域：
本发明属于深空探测技术领域，尤其是涉及光学导航目标星模拟仿真图像生成方法。
背景技术：
任何深空探测任务的成功都是建立在对深空探测器有效导航与控制的基础上完成的。航天器导航技术是航天器控制的最基本问题，也是航天器姿轨控系统的基础。随着机器人星际飞行与载人飞行领域的发展，对航天器自主导航能力的要求越来越高。单纯依靠地面站数据对于深空探测的远距离传输信号延迟太大，实时性太差，因此深空探测器具备良好的自主导航能力成为了必然要求。当前的深空探测自主光学研究主要集中于图像处理与信息提取之后的导航滤波算法研究，包括了轨道动力学建模，导航量测模型及导航方案的可观性分析，导航滤波技术等相关领域，而对图像处理算法的研究则相对较少。由于缺乏一套完善的深空探测导航天体数据库，就无法预先对自主导航系统的算法可靠性进行检查，故无法保障在实际任务中的算法的成功率。因此，发展出一种深空探测光学导航目标星模拟仿真图像生成技术，对了解深空目标光学图像的特性，以便于更好的完成图像处理与信息提取算 法的设计与验证，都是十分必要的。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，为深空探测器的光学导航算法的设计与验证，提供光学导航目标星模拟仿真图像生成方法。所述方法能根据用户需求为深空探测自主光学导航系统建立一组模拟天体数据库，模拟深空探测任务中大量可能存在的天体图像类型，用于对深空探测中的自主光学导航算法的评估。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:光学导航目标星模拟仿真图像生成方法，包括如下步骤:步骤A，生成模拟天体图像的简化模型，计算天体表面所有像素点投影到相机焦平面上对应的坐标；计算时，对应坐标变换区域为天体表面可观察的光反射区域；惯性坐标系下天体表面上任意可观察到的光反射区域内一点P(x，y, z)，其在相机成像坐标系下的坐标P’ (x, y, z)为P’(X，y, z) =Tic.P (x, y, z)在焦平面Oxy上的对应投影坐标即为P’(X，y)，其中Tic为惯性坐标系到成像坐标系的转换矩阵；步骤B，生成模拟天体图像的光反射模型，采用双向反射理论模拟天体对太阳光的反射模型，计算太阳光照到天体表面后反射光的辐射强度，即图像表面的光强度；反射光的辐射强度表示为:I=r(i，Θ，g).S0其中
权利要求
1.光学导航目标星模拟仿真图像生成方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤A，生成模拟天体图像的简化模型，计算天体表面所有像素点投影到相机焦平面上对应的坐标；计算时，对应坐标变换区域为天体表面可观察的光反射区域； 惯性坐标系下天体表面上任意可观察的光反射区域内一点P(x，y, z)，其在相机成像坐标系下的坐标P’ (x, y, z)为P’(X，y, z)=TIC.P(x, y, z) 在焦平面Oxy上的对应投影坐标即为P’(X，y)； 其中，Tic为惯性坐标系到成像坐标系的转换矩阵； 步骤B，生成模拟天体图像的光反射模型，采用双向反射理论模拟天体对太阳光的反射模型，计算太阳光照到天体表面后反射光的辐射强度，即图像表面的光强度； 反射光的辐射强度表示为:
全文摘要
本发明提出了光学导航目标星模拟仿真图像生成方法，所述方法通过对观测方位角度、光照强度、天体纹理的设定，可生成多种不同特征的光学导航目标星模拟仿真图像库；该方法能对包括深空探测器飞越、绕飞、近距离变轨、交会天体等阶段的目标天体不同特征的光学图像进行有效模拟，生成的模拟仿真图像能够逼真的反映真实图像的情况，模拟精度高；由此生成的大量可靠的图像库可直接用于对自主光学导航相关算法的设计、验证和评估，从而保障深空探测器自主光学导航中所涉及的图像处理、特征信息提取、导航滤波等算法设计的有效性和可靠性。
文档编号G01C25/00GK103234552SQ201310106878
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者李爽, 陆瑞琨, 江秀强 申请人:南京航空航天大学