CN107101637A - 数字星图仿真方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种数字星图仿真方法及装置。该方法包括：获得仿真参数；基于仿真参数从数据库中查找满足仿真参数的目标观测星区；基于仿真参数从目标观测星区中获取满足仿真参数的目标观测恒星；计算目标观测恒星的平面坐标以及灰度值；根据目标观测恒星的灰度值和观测恒星的平面坐标输出目标观测星区对应的星图仿真图像。本发明通过对所需星图进行仿真，生成数字星图，从而为星敏感器技术的研究提供图像数据支持，推动了星敏感器技术的研发进展。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，具体而言，涉及一种数字星图仿真方法及装置。
背景技术
准确测量姿态是航天器顺利飞行的重要保障，星敏感器是目前精度最高的一种姿态测量仪器。研究星敏感器技术，改善其性能，对提高星敏感器***的设计质量和运行具有重要意义。然而，研究星敏感器技术，需要大量的星图来验证关键技术的可行性和性能。然而，所需星图未必都能通过实际拍摄得到，从而限制了星敏感器技术的研发。
发明内容
为了克服现有技术中的上述不足，本发明的目的在于提供一种数字星图仿真方法及装置，通过对所需星图进行仿真，生成数字星图，从而为星敏感器技术的研究提供图像数据支持，推动了星敏感器技术的研发进展。
为了实现上述目的，本发明较佳实施例采用的技术方案如下：
本发明较佳实施例提供一种数字星图仿真方法，应用于计算机设备。所述计算机设备包括有一预存有星空分区信息的数据库，所述星空分区信息包括有多个星区以及每个星区的编号信息，其中，每个星区包括有多个恒星，所述方法包括：
获得仿真参数。其中，所述仿真参数包括星敏感器光轴中心赤经，星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数、星敏感器分辨率、星敏感器姿态的不确定度、星敏感器光斑弥撒半径大小、天区赤纬的分区间隔、选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型；
基于所述仿真参数从所述数据库中查找满足所述仿真参数的目标观测星区，其中，所述目标观测星区与星敏感器光轴中心赤经、星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数以及星敏感器姿态的不确定度有关；
基于所述仿真参数从所述目标观测星区中获取满足所述仿真参数的目标观测恒星，其中，所述目标观测恒星与选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型有关；
计算目标观测恒星的平面坐标以及灰度值；
根据目标观测恒星的灰度值和观测恒星的平面坐标输出所述目标观测星区对应的星图仿真图像。
在本发明较佳实施例中，所述基于所述仿真参数从所述数据库中查找满足所述仿真参数的目标观测星区的步骤，包括：
根据所述星敏感器光轴中心赤经、星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数以及星敏感器姿态的不确定度分别计算所述观测星区的赤经左界编号、赤经右界编号、赤纬上界编号以及赤纬下界编号；
根据所述赤经左界编号、赤经右界编号、赤纬上界编号以及赤纬下界编号从所述数据库中获取对应的观测星区；
其中，所述赤经左界编号的计算公式为：
所述赤经右界编号的计算公式为：
所述赤纬下界编号的计算公式为：
所述赤纬上界编号的计算公式为：
其中，α为星敏感器光轴中心赤经，δ为星敏感器光轴中心赤纬，R为视场角大小，ε为姿态的不确定度，B为赤纬的分区间隔，N为赤纬的分带编号最大值，M为赤经的分带编号最大值。
在本发明较佳实施例中，所述计算目标观测恒星的平面坐标的步骤包括：
计算目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量；
根据目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量得到观测恒星的平面坐标。
在本发明较佳实施例中，所述计算目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量的步骤包括：
计算天球坐标系旋转到与所述星敏感器坐标系重合时的旋转角；
根据所述旋转角得到与所述旋转角对应的旋转矩阵，其中，所述旋转矩阵的计算式为：
其中，M为旋转矩阵，λ为天球坐标系X轴逆时针旋转角，θ为天球坐标系Y轴逆时针旋转角，为天球坐标系Z轴逆时针旋转角；
计算目标观测恒星在天球坐标系下的直角坐标系矢量，其中，观测恒星在天球坐标系下的直角坐标系矢量的计算公式为：
其中，α0为观测恒星赤经，δ0为观测恒星赤纬；
根据所述旋转矩阵和所述目标观测恒星在天球坐标系下的直角坐标系矢量得到所述目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量，其中，所述目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量的计算公式为：
其中，目标观测恒星在星敏感器坐标系下的直角坐标系矢量为[X1 Y1 Z1]T，目标观测恒星在天球坐标系下的直角坐标系矢量[X Y Z]T。
在本发明较佳实施例中，所述根据目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量得到观测恒星的平面坐标的步骤中，观测恒星的平面坐标的计算公式为：
x＝f×X1/Y1，y＝f×Z1/Y1
其中，(x，y)为目标观测恒星在星模拟器像平面上的坐标，[X1 Y1 Z1]T为目标观测恒星在星敏感器坐标系下的直角坐标系矢量，R为星敏感器视场的对角度数，n为每行和每列的像素点个数，f为焦距。
在本发明较佳实施例中，所述计算目标观测恒星的平面坐标以及灰度值的步骤中，目标观测恒星的灰度值的计算公式为：
P(x,y)＝I(x,y)+N(x,y)+B
其中，P(x,y)为坐标为(x,y)点的灰度值，N(x,y)为背景噪声，B为背景灰度值(定义为0)；
I(x,y)的计算公式为：
其中，A为中心位置的能量灰度值，σ为星敏感器光斑弥撒半径大小。
在本发明较佳实施例中，所述根据目标观测恒星的灰度值和观测恒星的平面坐标输出所述目标观测星区的星图仿真图像的步骤，包括：
选取灰度值大于预设灰度值的观测恒星；
根据灰度大于预设灰度值的观测恒星对应的平面坐标输出所述目标观测星区的星图仿真图像。
在本发明较佳实施例中，所述根据灰度大于预设灰度值的观测恒星对应的平面坐标输出所述目标观测星区的星图仿真图像的方式包括：
将灰度大于预设灰度值的观测恒星对应的平面坐标进行连线，输出所述目标观测星区的星图仿真图像。
在本发明较佳实施例中，所述方法还包括；
对输出的仿真图像进行加噪，得到加噪后的仿真图像。
本发明较佳实施例还提供一种数字星图仿真装置，应用于计算机设备。所述计算机设备包括有一预存有星空分区信息的数据库，所述星空分区信息包括有多个星区以及每个星区的编号信息，其中，每个星区包括有多个恒星，所述装置包括：
获得模块，用于获得仿真参数。其中，所述仿真参数包括星敏感器光轴中心赤经，星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数、星敏感器分辨率、星敏感器姿态的不确定度、星敏感器光斑弥撒半径大小、天区赤纬的分区间隔、选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型；
查找模块，用于基于所述仿真参数从所述数据库中查找满足所述仿真参数的目标观测星区，其中，所述目标观测星区与星敏感器光轴中心赤经、星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数以及星敏感器姿态的不确定度有关；
获取模块，用于从所述目标观测星区中获取满足所述仿真参数的目标观测恒星，其中，所述目标观测恒星与选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型有关；
计算模块，用于计算目标观测恒星的平面坐标以及灰度值；
输出模块，用于根据目标观测恒星的灰度值和观测恒星的平面坐标输出所述目标观测星区对应的星图仿真图像。
相对于现有技术而言，本发明具有以下有益效果：
本发明实施例提供的数字星图仿真方法及装置。该方法包括：获得仿真参数；基于仿真参数从数据库中查找满足仿真参数的目标观测星区，其中，目标观测星区与星敏感器光轴中心赤经、星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数以及星敏感器姿态的不确定度有关；基于仿真参数从目标观测星区中获取满足仿真参数的目标观测恒星，其中，目标观测恒星与选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型有关；计算目标观测恒星的平面坐标以及灰度值；根据目标观测恒星的灰度值和观测恒星的平面坐标输出目标观测星区对应的星图仿真图像。基于上述方法及装置，本发明通过对所需星图进行仿真，生成数字星图，从而为星敏感器技术的研究提供图像数据支持，推动了星敏感器技术的研发进展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明较佳实施例提供的计算机设备的方框示意图；
图2为本发明较佳实施例提供的数字星图仿真方法的一种流程示意图；
图3为图2中所示的步骤S220包括的各个子步骤的一种流程示意图；
图4为图中所示的步骤S240包括的各个子步骤的一种流程示意图；
图5为图4中所示的步骤S241包括的各个子步骤的一种流程示意图；
图6为图4中所示的步骤S242包括的各个子步骤的一种流程示意图；
图7为本发明较佳实施例提供的数字星图仿真方法的另一种流程示意图；
图8为本发明较佳实施例提供的数字星图仿真装置的一种功能模块图。
图标：100-计算机设备；110-存储器；120-处理器；130-通信单元；140-存储控制器；150-输入单元；160-显示单元；200-数字星图仿真装置；210-获得模块；220-查找模块；230-获取模块；240-计算模块；250-输出模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语"第一"、"第二"等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1，图1是本发明较佳实施例提供的计算机设备100的方框示意图。在本发明实施例中，所述计算机设备100可以是，但不限于，个人电脑(Personal Computer，PC)、笔记本电脑、平板电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、移动上网设备(Mobile Internet Device，MID)等。所述计算机设备100的操作***可以是，但不限于，Windows***、Linux***、OSX***等。优选地，在本实施例中，所述计算机设备100的操作***可以为Windows***。
如图1所示，所述计算机设备100可以包括存储器110、处理器120、通信单元130、存储控制器140以及输入单元150。所述存储器110、处理器120、通信单元130、存储控制器140以及输入单元150相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。存储器110中存储有数字星图仿真装置200，所述数字星图仿真装置200包括至少一个可以软件或固件(Firmware)的形式存储于所述存储器110中的软件功能模块，所述处理器120通过运行存储在存储器110内的软件程序以及模块，如本发明实施例中的数字星图仿真装置200，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现本发明实施例中的数字星图仿真方法。
其中，所述存储器110可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器110可进一步包括相对于处理器120远程设置的远程存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至所述计算机设备100。上述网络的实例可以包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。其中，存储器110用于存储程序，所述处理器120在接收到执行指令后，执行所述程序。进一步地，通信单元130将各种输入/输入装置耦合至处理器120以及存储器110，上述存储器110内的软件程序以及模块还可包括操作***，其可包括各种用于管理***任务(例如内存管理、存储设备控制、电源管理等)的软件组件和/或驱动，并可与各种硬件或软件组件相互通讯，从而提供其他软件组件的运行环境。
所述处理器120可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器120可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等。还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器120也可以是任何常规的处理器等。
所述输入单元150可以提供给用户用于配置仿真参数。可选地，本实施例中，所述输入单元150可以是，但不限于，鼠标、键盘或者触控板等。
所述显示单元160可以在所述计算机设备100与用户之间同时提供一个输出及输入界面。具体地，所述显示单元160向用户显示视频或者图像输出，这些视频输出的内容可包括文字、图形、视频、及其任意组合。一些输出结果是对应于一些用户界面对象。例如，在本实施例中，所述显示单元160可以用于显示用于配置仿真参数的仿真参数配置界面。此外，所述显示单元160还可以接收用户的输入，例如用户的点击、滑动等手势操作，以便用户界面对象对这些用户的输入做出响应。检测用户输入的技术可以是基于电阻式、电容式或者其他任意可能的触控检测技术。可选地，所述显示单元160的具体实例可以包括但并不限于液晶显示器或发光聚合物显示器。
可以理解，图1所示的结构仅为示意，所述计算机设备100还可以包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
请参阅图2，图2为本发明较佳实施例提供的数字星图仿真方法的流程示意图。所应说明的是，本发明实施例提供的方法不以图2及以下所述的具体顺序为限制。所述方法的具体流程如下：
步骤S210，获得仿真参数。
详细地，在本实施例中，所述仿真参数可以包括星敏感器光轴中心赤经，星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数、星敏感器分辨率、星敏感器姿态的不确定度、星敏感器光斑弥撒半径大小、天区赤纬的分区间隔、选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型等参数。
步骤S220，基于所述仿真参数从所述数据库中查找满足所述仿真参数的目标观测星区。
本实施例中，所述目标观测星区与星敏感器光轴中心赤经、星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数以及星敏感器姿态的不确定度有关。
具体地，所述计算机设备100可以包括有一预存有星空分区信息的数据库，所述星空分区信息包括有多个星区以及每个星区的编号信息。其中，每个星区包括有多个恒星。
作为一种实施方式，可以将史密森星表(SAO星表)里所有恒星和分区一一对应功能。首先，将赤经变化范围0°～360°，划分为30个区，编号为0～29；将赤纬变化范围是-90°～+90°，划分为15个区，编号为0～14。从而最终可以分为450个星区。其中，赤经和赤纬的单位可以用“度”来表示。所述星区的编号信息可以包括星区的赤经编号和星区的赤纬编号。
具体地，请参阅图3，所述步骤S220可以包括以下子步骤：
子步骤S221，根据所述星敏感器光轴中心赤经、星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数以及星敏感器姿态的不确定度分别计算所述观测星区的赤经左界编号、赤经右界编号、赤纬上界编号以及赤纬下界编号。
子步骤S222，根据所述赤经左界编号、赤经右界编号、赤纬上界编号以及赤纬下界编号从所述数据库中获取对应的观测星区。
具体地，根据星敏感器方向的赤经赤纬，视场角和星敏感器姿态求所需要提取的星区编号，设星敏感器光轴指向(α，δ)，则所述赤经左界编号的计算公式为：
所述赤经右界编号的计算公式为：
所述赤纬下界编号的计算公式为：
所述赤纬上界编号的计算公式为：
其中，α为星敏感器光轴中心赤经，δ为星敏感器光轴中心赤纬，R为视场角大小，ε为姿态的不确定度，B为赤纬的分区间隔，N为赤纬的分带编号最大值，M为赤经的分带编号最大值。
本实施例中，所述int取最近的整数(也就是四舍五入)。此外，如果J小于0，则取J不断加30直至落在0到29区间内为止，如果J大于29，则取J不断减30直至落在0到29区间内为止，如果D小于0，则取D为0，如果D大于14，则取D为14。
通过上述计算式可以得到所述赤经左界编号、赤经右界编号、赤纬上界编号以及赤纬下界编号，从而根据所述赤经左界编号、赤经右界编号、赤纬上界编号以及赤纬下界编号查找到对应的目标观测星区。
请再次参阅图2，步骤S230，基于所述仿真参数从所述目标观测星区中获取满足所述仿真参数的目标观测恒星。
本实施例中，所述目标观测恒星与选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型有关。具体地，从所述目标观测星区中获取满足选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型的所有恒星作为目标观测恒星。
步骤S240，计算目标观测恒星的平面坐标以及灰度值。
具体地，请参阅图4，所述步骤S240可以包括以下子步骤：
子步骤S241，计算目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量。
具体地，请参阅图5，所述子步骤S241可以包括以下子步骤：
子步骤S2411，计算天球坐标系旋转到与所述星敏感器坐标系重合时的旋转角。
具体地，根据天球坐标系旋转到星敏感器坐标系的旋转角和方法求3*3的旋转矩阵。示例性地，所述天球坐标系先绕Z轴逆时针旋转然后再绕Y轴逆时针旋转θ，接着再绕X轴逆时针旋转λ。最后所述天球坐标系与所述星敏感器坐标系的三轴重合，即三轴的旋转角分别为λ、θ。
子步骤S2412，根据所述旋转角得到与所述旋转角对应的旋转矩阵。
具体地，所述旋转矩阵的计算式为：
其中，M为旋转矩阵，λ为天球坐标系X轴逆时针旋转角，θ为天球坐标系Y轴逆时针旋转角，为天球坐标系Z轴逆时针旋转角。
子步骤S2413，计算目标观测恒星在天球坐标系下的直角坐标系矢量。
具体地，观测恒星在天球坐标系下的直角坐标系矢量的计算公式为：
其中，α0为观测恒星赤经，δ0为观测恒星赤纬。
子步骤S2414，根据所述旋转矩阵和所述目标观测恒星在天球坐标系下的直角坐标系矢量得到所述目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量。
具体地，所述目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量的计算公式为：
其中，目标观测恒星在星敏感器坐标系下的直角坐标系矢量为[X1 Y1 Z1]T，目标观测恒星在天球坐标系下的直角坐标系矢量[X Y Z]T。
请再次参阅图4，子步骤S242，根据目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量得到观测恒星的平面坐标。
具体地，所述观测恒星的平面坐标的计算公式为：
x＝f×X1/Y1，y＝f×Z1/Y1
其中，(x，y)为目标观测恒星在星模拟器像平面上的坐标，[X1 Y1 Z1]T为目标观测恒星在星敏感器坐标系下的直角坐标系矢量，R为星敏感器视场的对角度数，n为每行和每列的像素点个数，f为焦距。
进一步地，所述目标观测恒星的灰度值的计算公式为：
P(x,y)＝I(x,y)+N(x,y)+B
其中，P(x,y)为坐标为(x,y)点的灰度值，N(x,y)为背景噪声，B为背景灰度值(定义为0)；
I(x,y)的计算公式为：
其中，A为中心位置的能量灰度值，σ为星敏感器光斑弥撒半径大小。
请再次参阅图2，步骤S250，根据目标观测恒星的灰度值和观测恒星的平面坐标输出所述目标观测星区的星图仿真图像。
具体地，请参阅图6，作为一种实施方式，所述步骤S250可以包括以下子步骤：
子步骤S251，选取灰度值大于预设灰度值的观测恒星。
子步骤S252，根据灰度大于预设灰度值的观测恒星对应的平面坐标输出所述目标观测星区的星图仿真图像。
具体地，作为一种实施方式，可以将灰度大于预设灰度值的观测恒星对应的平面坐标进行连线，输出所述目标观测星区的星图仿真图像。
可选地，请参阅图7，所述方法还可以包括：
步骤S260，对输出的仿真图像进行加噪，得到加噪后的仿真图像。
常见的噪声类型可以包括高斯白噪声、随机噪声或者椒盐噪声等。具体在本实施例中，在生成所述仿真图像后可以直接叠加相关的噪声或者背景图像即可。例如，高斯噪声需要的参数为均值和方差，随机噪声需要的参数为随机噪声的幅度，椒盐噪声需要的参数为噪声密度。在其它实施方式中，也可以根据用户自定义的噪声类型，对所述仿真图像进行加噪。
优选地，在本实施例中，可以采用高斯白噪声对所述仿真图像进行叠加，具体可以依据P(x,y)＝I(x,y)+N(x,y)+B公式对所述仿真图像进行噪声叠加，作为一种可能的实施方式，叠加参数中的均值可以为0，方差可以为0.005。
请参阅图8，本发明较佳实施例还提供一种一种数字星图仿真装置200，应用于计算机设备100。所述计算机设备100包括有一预存有星空分区信息的数据库，所述星空分区信息包括有多个星区以及每个星区的编号信息。其中，每个星区包括有多个恒星。所述装置包括：
获得模块210，用于获得仿真参数。其中，所述仿真参数包括星敏感器光轴中心赤经，星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数、星敏感器分辨率、星敏感器姿态的不确定度、星敏感器光斑弥撒半径大小、天区赤纬的分区间隔、选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型。
查找模块220，用于基于所述仿真参数从所述数据库中查找满足所述仿真参数的目标观测星区。其中，所述目标观测星区与星敏感器光轴中心赤经、星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数以及星敏感器姿态的不确定度有关。
获取模块230，用于从所述目标观测星区中获取满足所述仿真参数的目标观测恒星，其中，所述目标观测恒星与选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型有关。
计算模块240，用于计算目标观测恒星的平面坐标以及灰度值。
输出模块250，用于根据目标观测恒星的灰度值和观测恒星的平面坐标输出所述目标观测星区对应的星图仿真图像。
本实施例中的各功能模块的具体操作方法可参照上述方法实施例中相应步骤的详细描述，在此不再重复赘述。
综上所述，本发明实施例提供的数字星图仿真方法及装置。该方法包括：获得仿真参数；基于仿真参数从数据库中查找满足仿真参数的目标观测星区。其中，目标观测星区与星敏感器光轴中心赤经、星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数以及星敏感器姿态的不确定度有关；基于仿真参数从目标观测星区中获取满足仿真参数的目标观测恒星。其中，目标观测恒星与选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型有关；计算目标观测恒星的平面坐标以及灰度值；根据目标观测恒星的灰度值和观测恒星的平面坐标输出目标观测星区对应的星图仿真图像。基于上述方法及装置，本发明通过对所需星图进行仿真，生成数字星图，从而为星敏感器技术的研究提供图像数据支持，推动了星敏感器技术的研发进展。
在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
需要说明的是，在本文中，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种数字星图仿真方法，应用于计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括有一预存有星空分区信息的数据库，所述星空分区信息包括有多个星区以及每个星区的编号信息，其中，每个星区包括有多个恒星，所述方法包括：
获得仿真参数，其中，所述仿真参数包括星敏感器光轴中心赤经，星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数、星敏感器分辨率、星敏感器姿态的不确定度、星敏感器光斑弥撒半径大小、天区赤纬的分区间隔、选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型；
基于所述仿真参数从所述数据库中查找满足所述仿真参数的目标观测星区，其中，所述目标观测星区与星敏感器光轴中心赤经、星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数以及星敏感器姿态的不确定度有关；
基于所述仿真参数从所述目标观测星区中获取满足所述仿真参数的目标观测恒星，其中，所述目标观测恒星与选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型有关；
计算目标观测恒星的平面坐标以及灰度值；
根据目标观测恒星的灰度值和观测恒星的平面坐标输出所述目标观测星区对应的星图仿真图像。
2.根据权利要求1所述的数字星图仿真方法，其特征在于，所述基于所述仿真参数从所述数据库中查找满足所述仿真参数的目标观测星区的步骤，包括：
根据所述星敏感器光轴中心赤经、星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数以及星敏感器姿态的不确定度分别计算所述观测星区的赤经左界编号、赤经右界编号、赤纬上界编号以及赤纬下界编号；
根据所述赤经左界编号、赤经右界编号、赤纬上界编号以及赤纬下界编号从所述数据库中获取对应的观测星区；
其中，所述赤经左界编号的计算公式为：
所述赤经右界编号的计算公式为：
所述赤纬下界编号的计算公式为：
所述赤纬上界编号的计算公式为：
其中，α为星敏感器光轴中心赤经，δ为星敏感器光轴中心赤纬，R为视场角大小，ε为姿态的不确定度，B为赤纬的分区间隔，N为赤纬的分带编号最大值，M为赤经的分带编号最大值。
3.根据权利要求1所述的数字星图仿真方法，其特征在于，所述计算目标观测恒星的平面坐标的步骤包括：
计算目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量；
根据目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量得到观测恒星的平面坐标。
4.根据权利要求3所述的数字星图仿真方法，其特征在于，所述计算目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量的步骤包括：
计算天球坐标系旋转到与所述星敏感器坐标系重合时的旋转角；
根据所述旋转角得到与所述旋转角对应的旋转矩阵，其中，所述旋转矩阵的计算式为：
其中，M为旋转矩阵，λ为天球坐标系X轴逆时针旋转角，θ为天球坐标系Y轴逆时针旋转角，为天球坐标系Z轴逆时针旋转角；
计算目标观测恒星在天球坐标系下的直角坐标系矢量，其中，观测恒星在天球坐标系下的直角坐标系矢量的计算公式为：
<mrow>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mi>X</mi>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mi>Y</mi>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mi>Z</mi>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>cos&delta;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<msub>
<mi>cos&alpha;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>cos&delta;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<msub>
<mi>sin&alpha;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>sin&delta;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
其中，α0为观测恒星赤经，δ0为观测恒星赤纬；
根据所述旋转矩阵和所述目标观测恒星在天球坐标系下的直角坐标系矢量得到所述目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量，其中，所述目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量的计算公式为：
<mrow>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>X</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>Y</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>=</mo>
<mi>M</mi>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mi>X</mi>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mi>Y</mi>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mi>Z</mi>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
其中，目标观测恒星在星敏感器坐标系下的直角坐标系矢量为[X1 Y1 Z1]T，目标观测恒星在天球坐标系下的直角坐标系矢量[X Y Z]T。
5.根据权利要求4所述的数字星图仿真方法，其特征在于，所述根据目标观测恒星在星敏感器坐标系的直角坐标系矢量得到观测恒星的平面坐标的步骤中，观测恒星的平面坐标的计算公式为：
x＝f×X1/Y1，y＝f×Z1/Y1
<mrow>
<mi>f</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>n</mi>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mi>t</mi>
<mi>a</mi>
<mi>n</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>R</mi>
<mo>/</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，(x，y)为目标观测恒星在星模拟器像平面上的坐标，[X1 Y1 Z1]T为目标观测恒星在星敏感器坐标系下的直角坐标系矢量，R为星敏感器视场的对角度数，n为每行和每列的像素点个数，f为焦距。
6.根据权利要求1所述的数字星图仿真方法，其特征在于，所述计算目标观测恒星的平面坐标以及灰度值的步骤中，目标观测恒星的灰度值的计算公式为：
P(x,y)＝I(x,y)+N(x,y)+B
其中，P(x,y)为坐标为(x,y)点的灰度值，N(x,y)为背景噪声，B为背景灰度值(定义为0)；
I(x,y)的计算公式为：
<mrow>
<mi>I</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>x</mi>
<mo>,</mo>
<mi>y</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>A</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<msup>
<mi>&pi;&sigma;</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mi>exp</mi>
<mo>&lsqb;</mo>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>x</mi>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>x</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>+</mo>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>y</mi>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>y</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
<mrow>
<mn>2</mn>
<msup>
<mi>&sigma;</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&rsqb;</mo>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，A为中心位置的能量灰度值，σ为星敏感器光斑弥撒半径大小。
7.根据权利要求1所述的数字星图仿真方法，其特征在于，所述根据目标观测恒星的灰度值和观测恒星的平面坐标输出所述目标观测星区的星图仿真图像的步骤，包括：
选取灰度值大于预设灰度值的观测恒星；
根据灰度大于预设灰度值的观测恒星对应的平面坐标输出所述目标观测星区的星图仿真图像。
8.根据权利要求7所述的数字星图仿真方法，其特征在于，所述根据灰度大于预设灰度值的观测恒星对应的平面坐标输出所述目标观测星区的星图仿真图像的方式包括：
将灰度大于预设灰度值的观测恒星对应的平面坐标进行连线，输出所述目标观测星区的星图仿真图像。
9.根据权利要求1所述的数字星图仿真方法，其特征在于，所述方法还包括；
对输出的仿真图像进行加噪，得到加噪后的仿真图像。
10.一种数字星图仿真装置，应用于计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括有一预存有星空分区信息的数据库，所述星空分区信息包括有多个星区以及每个星区的编号信息，其中，每个星区包括有多个恒星，所述装置包括：
获得模块，用于获得仿真参数，其中，所述仿真参数包括星敏感器光轴中心赤经，星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数、星敏感器分辨率、星敏感器姿态的不确定度、星敏感器光斑弥撒半径大小、天区赤纬的分区间隔、选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型；
查找模块，用于基于所述仿真参数从所述数据库中查找满足所述仿真参数的目标观测星区，其中，所述目标观测星区与星敏感器光轴中心赤经、星敏感器光轴中心赤纬、星敏感器视场的对角度数以及星敏感器姿态的不确定度有关；
获取模块，用于从所述目标观测星区中获取满足所述仿真参数的目标观测恒星，其中，所述目标观测恒星与选取恒星的星等以及选取恒星的光谱类型有关；
计算模块，用于计算目标观测恒星的平面坐标以及灰度值；
输出模块，用于根据目标观测恒星的灰度值和观测恒星的平面坐标输出所述目标观测星区对应的星图仿真图像。
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