Метод субпиксельного измерения координат изображений звезд для приборов астроориетации космического базирования

Abstract

In this article the problem of measurement of star image with subpixel accuracy for space-based Star tracker is described. The cross-correlation function method and most usable the center of gravity method were considered. New method of analytical measurement has been suggested. This method does not require big calculations and step of image processing less than one pixel. Comparative analysis of described methods was performed.

• приборы астроориентации
• измерение координат звезд
• взвешенные суммы
• star trackers
• centroid methods
• center of gravity

Аннотация (на русском)

Метод субпиксельного измерения координат изображений звезд для приборов астроориетации космического базирования

Рассматривается задача измерения координат фотоцентров изображений звезд с субпиксельной точностью для приборов астроориентации космического базирования. Рассмотрен метод измерения с помощью взаимно корреляционной функции и наиболее часто применяемый метод взвешенных сумм. Описан предлагаемый метод аналитического расчета координат, не требующий большого объема вычислений и межпиксельного шага сканирования изображения. Произведен сравнительный анализ предложенного и ранее рассмотренных методов по сложности вычислений и величинам систематической и случайной ошибки измерения.

For citation

References

1. Федосеев В. И. К.М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов. Москва: Логос, 2007. 247 с.
2. Liebe C.C. Pattern Recognition of Star Constellations for Spacecraft Applications // IEEE. AES Systems Magazine, January 1993. pp. 31-39.
3. Wahba G. A Least Squares Estimate of Spacecraft Attitude // SIAM Review, Vol. 7, No. 3, 409-415 1965.
4. Alexander B.F., Kim Chew Ng. Elimination of systematic error in subpixel accuracy centroid estimation // Optical Engineering, Vol. 30, No. 9, September 1991. pp. 1320-1331.
5. Howell S.B. Handbook of CCD Astronomy. Cambridge, 2006. 224 pp.
6. Березин В.В., Цыцулин А.К. Обнаружение и оценивание координат изображений точечных объектов в задачах астронавигации и адаптивной оптики // Вестник ТОГУ, Т. 1, № 8, 2008. С. 11-20.
7. Захаров А.И., Никифоров М.Г. Систематические и случайные ошибки определения положения фотоцентров звезд на матричных фотоприемниках // Современные проблемы ориентации и навигации космическихх аппаратов, 2011. С. 280-288.
8. Клышко Д.Н., Масалов А.В. Фотонный шум: наблюдение, подавление, интерпретация // Успехи физических наук, Т. 165, № 11, 1995. С. 30.
9. Sandrine T. Optimized centroid computing in a Shack-Hartmann sensor // SPIE, October 2004. pp. 50-59.
10. Eisenman A.R., Liebe C.C. The Advancing State-of-the-art in Second Generation Star Trackers // IEEE, 1998. P. 8.
11. Васильев К.К., Глушков В.А., Дормидонтов А.В., Нестеренко А.Г. Теория электрической связи: учебное пособие. Ульяновск: УлГТУ. 2008. 452 с.
12. Пузиков Д.Ю. Повышение информативности приборов астроориентации на базе ПЗС матрицы видимого диапазона. Москва. 2002. 158 с.
13. Курманбек уулу Талантбек. Обнаружение и определение координат движущихся точечных объектов в последовательности изображений. Новосибирск. 2009. 110 с.
14. Матвеев В.В., Персее И.В. Измерение ФРТ объективов при недостаточном разрешении фотоприемника // Труды международного форума по проблемам науки, техники и образования, № 2, 1997.
15. Fosu C., Hein G. W., Eissfeller B. Determination of Centroid of CCD Star Images // ISPRS XXXV Congress. Istanbul, Turkey. 2004. Vol. III. pp. 612-620.
16. Akondi Vyas, Roopashree M.B., Prasad B.R. Performance of Centroiding Algorithms at Low Light Level Conditions in Adaptive Optics. Bangalore. 2009.
17. Аванесов Г.А., Кондратьева Т.В., Никитин А.В. Исследование смещения энергетического центра изображений звезд относительно геометрического центра на ПЗС-матрице и коррекция методической ошибки // Современные проблемы определения ориентации и навигации космических аппаратов, 2008. С. 420-446.
18. Brendan M. Quine, Valery Tarasyuk, Henok Mebrahtu, Richard Hornsey. Determining star-image location: A new sub-pixel interpolation technique to process image centroids // Elsevier, 2011. pp. 701-706.
19. Graham L. Giller. A generalized error distribution. 2001. 7 pp.
20. J.-L. Starck, F. Murtagh. Handbook of Astronomical Data Analysis. 2nd ed. 2006. 303 pp.
21. Люк Ю. Специальные математические функции и их аппроксимации. М.: Мир, 1980. 610 с.
22. Геворкян П.С. Высшая математика. Основы математического анализа: учебник для вузов. М.: Физмалит, 2011. 240 с.
23. Оливер Ф. Введение в асимптотические методы и специальные функции. М.: Наука, 1978. 375 с.
24. Abramowitz M., Stegun I.A. Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs and Mathematical Tables. New York. 1972.
25. Исаков В.Н. Статистическая теория радиотехнических систем. Курс лекций. Москва. 2011.