CN111220177A - 一种星点像亚像元定位精度的验证方法 - Google Patents
一种星点像亚像元定位精度的验证方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例公开一种星点像亚像元定位精度的验证方法。该验证方法包括确定地球自转360度的周期,待验证光学***的焦距;将光学***的主光轴对准赤纬为第一预设值的恒星进行积分,在预设时间间隔内进行多次观测并且在所述观测过程中所述光学***保持静止不动;采用待验证的亚像元定位算法计算各个星点像的位置并采用距离公式计算相邻两个星像点之间的距离;求取第一次观测时所述恒星的入射光线与光线***的主光轴的夹角;计算两次相邻观测时间点中地球转过的角度、视轴夹角,以及星像点在像面上的移动距离;计算所述待验证的亚像元定位算法的定位精度。该验证方法具有稳定性和高精度。
Description
技术领域
本发明涉及遥感器光学设计的技术领域,具体涉及一种星点像亚像元定位精度的验证方法。
背景技术
多种以星点像位置信息为观测目标的光学仪器均需要对星点像的定位精度进行测试实验。目前,测试实验的方式包括:采用地面设备和光源进行模拟测试;采用二维转台进行高精度扫描拍摄空间目标的。对于作为定位精度要求很高的仪器,高精度地面的模拟设备不仅需要很大的成本,并且模拟设备的精度会影响整个测量过程精度、影响仪器定位精度的测试。
因此,针对现有技术中定位精度高的模拟设备成本高及高精度稳定性的问题,需要提供一种具有稳定性高精度的星点像亚像元定位精度的验证方法。
发明内容
针对现有技术中定位精度高的模拟设备成本高及高精度稳定性的问题,本发明实施例提供一种具有稳定性高精度的星点像亚像元定位精度的验证方法。该星点像亚像元定位精度的验证方法利用地球作为高精度转动平台观测恒星的星点像,从而能够提供超高精度的扫描精度,并且地球作为恒星的星点像的张角小于0.01角秒,进而能够为仪器提供高精度的点光源。
该星点像亚像元定位精度的验证方法的具体方案如下:一种星点像亚像元定位精度的验证方法包括步骤S1:确定地球自转360度的周期为T,待验证光学***的焦距为f;步骤S2:将所述光学***的主光轴对准赤纬为第一预设值的恒星进行积分,积分时间为t0,在t时间间隔内进行n次观测并且在所述观测过程中所述光学***保持静止不动,其中,t大于t0;步骤S3:采用待验证的亚像元定位算法计算各个星点像的位置,获得各个星点像的位置坐标,并采用距离公式计算相邻两个星像点之间的距离;步骤S4:求取步骤S2中的第1次观测时所述恒星的入射光线与所述光线***的主光轴的夹角;步骤S5:计算所述两次相邻观测时间点中地球转过的角度和所述两次相邻观测的视轴夹角,根据所述地球转过的角度和所述两次相邻观测的视轴夹角计算相邻两次观测的星像点在像面上的移动距离;步骤S6:根据所述相邻两次观测的星像点在像面上的移动距离,计算所述待验证的亚像元定位算法的定位精度。
优选地,所述步骤S3中的距离公式的表达式为
其中,lk'为第k次两个相邻星像点之间的距离,(xk,yk)为第k个星点像的位置坐标。
优选地,所述步骤S5中所述两次相邻观测时间点中地球转过的角度的计算公式为Δ=360·t/T,其中,t为进行n次观测的时间间隔长度,T为地球自转360度的周期。
优选地,步骤S5中的所述移动距离的计算公式为
lk=f·(tan(α+kx)-tan(α+(k-1)x),...k∈[1..n-1],其中,f为待验证光学***的焦距,α为所述恒星的入射光线与所述光线***的主光轴的夹角,x为两次相邻观测的视轴夹角。
优选地,所述定位精度包括误差均值和方差。
优选地,所述n为大于2的自然数。
从以上技术方案可以看出,本发明实施例具有以下优点:
本发明实施例提供的一种星点像亚像元定位精度的验证方法利用地球作为高精度转动平台来观测恒星的星点像,从而能够提供高精度的扫描精度,并且恒星的张角能够维持在0.01角秒以内,进而能够为光学***提供高精度的点光源。本发明实施例提供的一种星点像亚像元定位精度的验证方法能够适用于测试光轴与本体间没有相对运动的光学***的星点像定位精度。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种星点像亚像元定位精度的验证方法的流程示意图;
图2为本发明实施例中提供的天狼星弥散斑定位拍摄的部分结果的示意图;
图3为本发明实施例中提供的一种星点像亚像元定位精度的验证方法的验证实验原理示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,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,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示,本发明实施例中提供的一种星点像亚像元定位精度的验证方法的流程示意图。在该实施例中,星点像弥散斑的获取方法包括六个步骤,每个步骤中具体的内容如下所述。
步骤S1:确定地球自转360度的周期为T,待验证光学***的焦距为f。地球自转360度的周期T可以根据常识获取,T为23小时56分4.09秒,可以近似为24小时。待验证光学***的焦距为f,可以根据所选光学***而确定。
步骤S2:将所述光学***的主光轴对准赤纬为第一预设值的恒星进行积分,积分时间为t0,在t时间间隔内进行n次观测并且在所述观测过程中所述光学***保持静止不动,其中,t大于t0。第一预设值可以用β来表示。在该实施例中,n为大于2的自然数。
步骤S3:采用待验证的亚像元定位算法计算各个星点像的位置,获得各个星点像的位置坐标(x1,y1)、(x2,y2)…(xn,yn),并采用距离公式计算相邻两个星像点之间的距离。距离公式的表达式如公式所示:
其中,lk'为第k次两个相邻星像点之间的距离,(xk,yk)为第k个星点像的位置坐标。
步骤S4:求取步骤S2中的第1次观测时所述恒星的入射光线与所述光线***的主光轴的夹角。在该实施例中,所述恒星的入射光线与所述光线***的主光轴的夹角的求取表达式如公式2所示:
其中,α为所述恒星的入射光线与所述光线***的主光轴的夹角,d为星像点到相机焦点的距离,f为待验证光学***的焦距。
步骤S5:计算所述两次相邻观测时间点中地球转过的角度和所述两次相邻观测的视轴夹角,根据所述地球转过的角度和所述两次相邻观测的视轴夹角计算相邻两次观测的星像点在像面上的移动距离。
在该实施例中,计算两次相邻观测时间点中地球转过的角度的表达式如公式3所示:
Δ=360·t/T (公式3)
其中,t为进行n次观测的时间间隔长度,T为地球自转360度的周期。
在该实施例中,计算两次相邻观测的视轴夹角的计算公式如公式4所示:
其中,Δ为两次相邻观测时间点中地球转过的角度,β为步骤S2中的所述第一预设值。
在该实施例中,计算相邻两次观测的星像点在像面上的移动距离表达式如公式5所示:
lk=f·(tan(α+kx)-tan(α+(k-1)x),...k∈[1..n-1] (公式5)
其中,f为待验证光学***的焦距,α为所述恒星的入射光线与所述光线***的主光轴的夹角,x为两次相邻观测的视轴夹角。
步骤S6:根据所述相邻两次观测的星像点在像面上的移动距离,计算所述待验证的亚像元定位算法的定位精度。在该实施例中,定位精度包括误差均值V和方差D。
在该实施例中,误差均值的计算表达式如公式6所示:
在该实施例中,方差的计算表达式如公式7所示:
其中,lk'第k次两个相邻星像点之间的距离,lk为第k次两个相邻星像点在像面上的移动距离。
待验证的亚像元定位算法包括很多种算法,此处不再一一举例。在本发明实施例中,以距心定位算法作为具体的待验证的亚像元定位算法并以天狼星为观测恒星作为具体实施例,来阐述本发明所提供的星点像亚像元定位精度的验证过程。
结合图2和图3所述,天狼星星点像弥散斑获取及其验证的过程为:
确定光学仪器的焦距f为60mm,探测器像元大小为5.5μm,探测器像元个数为4288×2848,观测目标为天狼星。天狼星的天球坐标为赤纬角度为-16°42’47.315”,赤经角度为06h45m9.2499s。采用积分时间1s,间隔时间2s内连续拍摄8张天狼星星点像,如图2所示。图2中(a)图表示0秒图像,(b)图表示2秒图像,(c)图表示4秒图像,(d)图表示6秒图像。采用距心算法求解8个星点像的位置如下:T1(1648.207,1474.284)、T2(1648.967,1475.665)、T3(1649.613,1476.900)、T4(1650.350,1478.384)、T5(1651.084,1479.645)、T6(1651.870,1480.991)、T7(1652.543,1482.336)、T8(1653.259,1483.734)。根据公式1计算获得求得各点之间的依次距离为:T21为1.579像元,T32为1.397像元,T43为1.659像元,T54为1.463像元,T65为1.562像元,T76为1.507像元,T87为1.574像元。
光学仪器的焦点位于(2144,1424)像元,则通过公式2求得第1次观测时恒星入射光线与光学***主光轴的夹角为α为2.616°。
根据公式3,计算在两次相邻观测时间点中地球转过角度Δ=360·2/86164=0.008356°。根据公式4,计算获得两次观测的视轴夹角为x=0.008003°,如图3所示。根据公式5,计算获得相邻两次观测的像点在像面上移动的距离lk=f·(tan(α+kx)-tan(α+(k-1)x),...k∈[1..n-1]。则该定位方法的误差均值V和方差D可分别由公式6和公式7求得:
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种星点像亚像元定位精度的验证方法,其特征在于,所述获取方法包括:
步骤S1:确定地球自转360度的周期为T,待验证光学***的焦距为f;
步骤S2:将所述光学***的主光轴对准赤纬为第一预设值的恒星进行积分,积分时间为t0,在t时间间隔内进行n次观测并且在所述观测过程中所述光学***保持静止不动,其中,t大于t0;
步骤S3:采用待验证的亚像元定位算法计算各个星点像的位置,获得各个星点像的位置坐标,并采用距离公式计算相邻两个星像点之间的距离;
步骤S4:求取步骤S2中的第1次观测时所述恒星的入射光线与所述光线***的主光轴的夹角;
步骤S5:计算所述两次相邻观测时间点中地球转过的角度和所述两次相邻观测的视轴夹角,根据所述地球转过的角度和所述两次相邻观测的视轴夹角计算相邻两次观测的星像点在像面上的移动距离;
步骤S6:根据所述相邻两次观测的星像点在像面上的移动距离,计算所述待验证的亚像元定位算法的定位精度。
4.根据权利要求1所述的一种星点像亚像元定位精度的验证方法,其特征在于,所述步骤S5中所述两次相邻观测时间点中地球转过的角度的计算公式为Δ=360·t/T,其中,t为进行n次观测的时间间隔长度,T为地球自转360度的周期。
6.根据权利要求5所述的一种星点像亚像元定位精度的验证方法,其特征在于,步骤S5中的所述移动距离的计算公式为
lk=f·(tan(α+kx)-tan(α+(k-1)x),...k∈[1..n-1],
其中,f为待验证光学***的焦距,α为所述恒星的入射光线与所述光线***的主光轴的夹角,x为两次相邻观测的视轴夹角。
7.根据权利要求1所述的一种星点像亚像元定位精度的验证方法,其特征在于,所述定位精度包括误差均值和方差。
9.根据权利要求1所述的一种星点像亚像元定位精度的验证方法,其特征在于,所述n为大于2的自然数。
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