技术领域
[0001] 本
发明属于天文技术方法领域，具体地说，它涉及一种空间望远镜相关跟踪器的仿真系统与方法。技术背景
[0002] 相关跟踪器(Correlation Tracker)是一种图像运动实时补偿技术，目前是高
分辨率地基望远镜和空间望远镜的重要部件，其基本原理是：在探测光路中采集图像，计算图像间的相对偏移量，根据偏移量控制能动摆镜偏转，使经摆镜
镜面反射的光线仍然趋向于原来的主光线以达到衰减图像运动的目的。
[0003] 在相关跟踪技术研究和系统研制过程中，科研工作者发现制约望远镜相关跟踪器性能的因素很多，包括相关
算法、控制算法、目标特性变化、系统延时、
电子元器件噪声、外部随机扰动、摆镜机械结构特性和探测相机性能等等。应用物理实验研究这些因素对相关跟踪器整体性能的影响效率较低，往往又不能对各因素进行逐一的定量分析；而且各影响因素之间具有耦合关系，采用传统的分立式优化设计方法改进各部件性能并不能使相关跟踪器系统性能达到最优，各部件
硬件的改进还将增加系统的研制周期和研制
费用。对应用于空间望远镜的相关跟踪器进行空间工作环境影响的物理仿真实验分析也将是一项高费用、实现难的科研工作。
[0004] 随着系统仿真的理论方法和应用技术研究的深入以及计算机技术的发展，仿真技术已成为
天文望远镜和天文仪器的系统性能分析和新系统研制的重要技术之一。相对大型天文望远镜而言，相关跟踪器是一个小型的集光学、机械和电子控制为一体的系统，复杂程度虽不及大型天文望远镜，但仍是一个多性能影响因素相互耦合且具有高
精度、实时性要求的复杂系统。影响相关跟踪器系统性能的各因素涉及到光学、机械和电子控制各个系统，提高系统性能进行系统优化设计不仅需要对这些因素进行定性分析，还需要进行定量判断。采用各种参数更换简便、实现容易、速度快的数学仿真技术建立相关跟踪器的仿真系统，通过仿真试验分析已有系统，预测各种算法和组件的性能，掌握影响系统性能的因素，探索设计新系统时的参数设计空间。这将是相关跟踪器系统性能物理实验分析的有效补充，并可以解决物理实验效率低、不能逐一定量分析系统性能影响因素的问题。而且可在新系统初期设计阶段即评价其性能，从系统层面上优化和平衡各子系统的设计，并权衡和克服各种干扰因素，寻求更有效的提升性能的方法和优化设计方案，为更好地实现物理系统的研制做准备。
发明内容
[0005] 本发明解决的技术问题是：克服
现有技术的不足，为了充分掌握空间望远镜相关跟踪器的各组件参数对其性能影响的规律，掌握和探索设计系统时各主要参数的设计空间，降低设计成本、提高效率，本发明提出了一种空间望远镜相关跟踪器的仿真系统与方法。
[0006] 本发明的技术方案是：一种空间望远镜相关跟踪器的仿真系统，包括系统配置模
块、目标与背景模块、探测相机模块、振动模拟模块、摆镜模块、计算控
制模块和系统评估模块，其中：
[0007] 系统配置模块完成仿真系统的参数配置与初始化，并将目标与背景参数发送给目标与背景模块，将探测相机参数发送给探测相机模块，将振动模拟参数发送给振动模拟模块，将摆镜参数和空间环境参数发送给摆镜模块，将光学系统参数、探测算法参数与伺服控制参数以及仿真参数发送到计算
控制模块；
[0008] 目标与背景模块接收来自系统配置模块的目标与背景参数，模拟生成观测目标，并将观测目标信息发送给探测相机模块；
[0009] 探测相机模块接收来自系统配置模块的探测相机参数以及目标与背景模块的观测目标信息，模拟观测目标信息在探测相机内的光电转换过程，生成观测目标探测图像，并将该图像发送给计算控制模块；
[0010] 振动模拟模块接收来自系统配置模块的振动模拟参数，模拟卫星平台振动所引起的空间望远镜主光线抖动
信号，将该抖动信号发送给计算控制模块；
[0011] 摆镜模块接收来自系统配置模块的摆镜参数和空间环境参数，建立摆镜有限元模型，分析摆镜在空间环境下的谐响应，将谐响应分析数据发送给计算控制模块；
[0012] 计算控制模块接收来自系统配置模块的光学系统参数、探测算法参数、伺服控制参数和仿真参数，以及来自探测相机模块发送的观测目标探测图像，以及来自振动模拟模块发送的空间望远镜主光线抖动信号，以及来自摆镜模块发送的谐响应分析数据；将接收到的观测目标探测图像和空间望远镜主光线抖动信号转发给系统评估模块；仿真计算得到伺服控制后的由摆镜反射的主光线偏转信号发送给系统评估模块；
[0013] 系统评估模块接收来自计算控制模块发送的观测目标探测图像，计算观测目标探测图像的图像评价参数；以及接收来自计算控制模块发送的伺服控制后的由摆镜反射的主光线偏转信号和空间望远镜主光线抖动信号，计算相关跟踪器的系统性能参数。
[0014] 所述的探测相机模块包括光电转换模型、电荷转移模型和电荷量化模型；光电转换模型接收来自目标与背景模块的观测目标信息，在积分时间内形成的观测目标电子数为光电响应不一致电子数、
光电子散粒噪声电子数、暗
电流噪声电子数和暗电子响应不一致电子数的总和；电荷转移模型将光电转换模型生成的观测目标电子数与电荷从光敏区转移到存储区的转移效率、存储区到
水平移位寄存器的垂直转移效率和水平移位寄存器水平转移效率相乘再加上读出噪声电子数得到转移后的观测目标电子数；电荷量化模型将电荷转移模型得到的转移后的观测目标电子数与每个电子对应的
数字量、
电路转换系数相乘再加上输出电路综合偏置得到数字量的观测目标探测图像。
[0015] 所述的计算控制模块包括图像预处理模块、图像相关计算模块和伺服控制模块；图像预处理模块根据接收到的仿真参数和空间望远镜主光线抖动信号，在各个仿真时刻对接收到的观测目标探测图像进行二维插值得到观测目标运动到空间望远镜主光线抖动信号
位置的观测目标探测图像，形成观测目标探测
图像序列，并对观测目标探测图像序列中的每幅图像进行消暗流、消平场、去趋势项处理；图像相关计算模块对预处理后的观测目标探测图像序列运用图像相关算法计算观测目标探测图像序列与第一幅观测目标探测图像之间的偏移位置，得到图像运动探测结果；伺服控制模块首先采用系统辨识的方法由摆镜谐响应分析数据得到摆镜传递函数模型，再根据光学系统参数将图像运动探测结果转换为主光线偏转量探测结果，采用经典伺服控制方法将主光线偏转量探测结果转换为摆镜驱动信号，将摆镜驱动信号输入到摆镜传递函数模型得到摆镜转动信号，进而由主光线抖动信号和摆镜转动信号得到伺服控制后的由摆镜反射的主光线偏转信号，并发送给系统评估模块。
[0016] 一种利用所述空间望远镜相关跟踪器的仿真系统进行仿真的方法，步骤如下：
[0017] 步骤S1：通过系统配置模块完成仿真系统的参数配置，并将配置参数发送到目标与背景模块、探测相机模块、振动模拟模块、摆镜模块和计算控制模块，完成参数初始化；
[0018] 步骤S2：目标与背景模块根据配置参数中的目标与背景参数模拟生成观测目标信息；振动模拟模块根据配置参数中的振动模拟参数模拟生成空间望远镜主光线抖动信号；摆镜模块根据配置参数中的摆镜参数和空间环境参数建立摆镜有限元模型，采用有限元
软件的谐响应分析法得到摆镜在空间环境下的谐响应分析数据；
[0019] 步骤S3：探测相机模块根据配置参数中的探测相机参数和步骤S2得到的观测目标信息，模拟观测目标信息在探测相机内的光电转换过程，生成观测目标探测图像；
[0020] 步骤S4：计算控制模块根据配置参数中的仿真参数、步骤S2得到的空间望远镜主光线抖动信号和步骤S3得到的观测目标探测图像，仿真生成观测目标探测图像序列，并对观测目标探测图像序列进行图像预处理；根据步骤S2得到的摆镜谐响应分析数据得到摆镜传递函数模型；对图像预处理后的观测目标探测图像序列运用探测算法计算得到图像运动探测结果，再根据配置参数中的光学系统参数将图像运动探测结果转换为主光线偏转量探测结果，采用经典伺服控制方法将主光线偏转量探测结果转换为摆镜驱动信号，将摆镜驱动信号输入到摆镜传递函数模型得到摆镜转动信号，进而由主光线抖动信号和摆镜转动信号得到伺服控制后的由摆镜反射的主光线偏转信号；
[0021] 步骤S5：系统评估模块对步骤S2得到的观测目标探测图像的图像评价参数进行仿真计算；根据步骤S2得到空间望远镜主光线抖动信号和步骤S4得到的伺服控制后的由摆镜反射的主光线偏转信号，对相关跟踪器的系统性能参数进行仿真计算。
[0022] 所述步骤S3的具体过程为：首先，光电转换模型接收来自目标与背景模块的观测目标信息，在积分时间内形成的观测目标电子数为光电响应不一致电子数、光电子散粒噪声电子数、
暗电流噪声电子数和暗电子响应不一致电子数的总和；然后，电荷转移模型将光电转换模型生成的观测目标电子数与电荷从光敏区转移到存储区的转移效率、存储区到水平移位寄存器的垂直转移效率和水平移位寄存器水平转移效率相乘再加上读出噪声电子数，得到转移后的观测目标电子数；最后，电荷量化模型将电荷转移模型得到的转移后的观测目标电子数与每个电子对应的数字量、电路转换系数相乘再加上输出电路综合偏置，得到数字量的观测目标探测图像。
[0023] 所述步骤S4的具体过程为：首先，图像预处理模块根据仿真参数和空间望远镜主光线抖动信号，在仿真时刻对步骤S2生成的观测目标探测图像进行二维插值得到观测目标运动到空间望远镜主光线抖动信号位置的观测目标探测图像，形成观测目标探测图像序列，并对观测目标探测图像序列中的每幅图像进行消暗流、消平场、去趋势项处理；然后，图像相关计算模块对预处理后的观测目标探测图像序列运用图像相关算法计算观测目标探测图像序列与第一幅观测目标探测图像之间的偏移位置，得到图像运动探测结果；最后，伺服控制模块采用系统辨识的方法由摆镜谐响应分析数据得到摆镜传递函数模型，再根据光学系统参数将图像运动探测结果转换为主光线偏转量探测结果，采用经典伺服控制方法将主光线偏转量探测结果转换为摆镜驱动信号，将摆镜驱动信号输入到摆镜传递函数模型得到摆镜转动信号，进而由主光线抖动信号和摆镜转动信号得到伺服控制后的由摆镜反射的主光线偏转信号。
[0024] 所述步骤S4中所采用的摆镜传递函数模型形式为一个惯性环节、一个二阶振荡环节和若干个双二阶振荡环节的
串联。
[0025] 本发明与现有技术相比的优点如下：
[0026] (1)影响相关跟踪器系统性能的各因素涉及到光学、机械和电子控制各个系统，提高系统性能进行系统优化设计不仅需要对这些因素进行定性分析，还需要进行定量判断。采用本发明进行仿真试验，是相关跟踪器系统性能物理实验分析的有效补充，并可以解决物理实验效率低、不能逐一定量分析系统性能影响因素的问题。
[0027] (2)采用本发明，可在空间望远镜相关跟踪器的初期设计阶段即评价其性能，从系统层面上优化和平衡各子系统的设计，并权衡和克服各种干扰因素，寻求更有效的提升性能的方法和优化设计方案，为更好地实现物理系统的研制做准备。
附图说明
[0030] 图3为本发明系统的目标与背景模块模拟的面源目标图；
[0031] 图4为本发明系统的探测相机模块中探测相机电荷转移示意图。
具体实施方式
[0032] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体
实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0033] 本发明所述的空间望远镜相关跟踪器的仿真系统如图1所示，包括系统配置模块、目标与背景模块、探测相机模块，振动模拟模块、摆镜模块、计算控制模块和系统评估模块，其中：
[0034] 系统配置模块，用于完成仿真系统的参数配置和系统初始化，并将目标与背景参数发送给目标与背景模块，探测相机参数发送给探测相机模块，振动模拟参数发送给振动模拟模块，摆镜参数和空间环境参数发送给摆镜模块，光学系统参数、探测算法与伺服控制参数以及仿真参数发送到计算控制模块；
[0035] 目标与背景模块，用于接收来自系统配置模块的目标与背景参数，模拟生成观测目标信息，并将观测目标信息发送给探测相机模块；
[0036] 具体的，目标与背景模块又分为目标模型和背景模型，目标模型可以模拟点源和面源两类目标，目标模型与背景模型
叠加模拟生成观测目标。
[0037] 探测相机模块，用于接收来自系统配置模块的探测相机参数，模拟观测目标信息在探测相机内的光电转换过程，生成观测目标探测图像，并将该图像发送给计算控制模块；
[0038] 所述的探测相机模块包括三个模型：光电转换模型、电荷转移模型和电荷量化模型，用于模拟探测相机成像过程的三个阶段：把入射的
光信号转换为
电信号，并通过
电场加以收集；电荷包转移过程，把光敏区得到的电荷根据一定时序控制转移输出；信号读出放大过程，把光生电荷转换为
电压信号，并放大读出。其中主要考虑了光电响应不一致噪声、散粒噪声、暗电流噪声、转移效率等影响探测相机成像
质量的因素。光电转换模型接收来自目标与背景模块的观测目标信息，在积分时间内形成的观测目标电子数是光电响应不一致电子数、光电子散粒噪声电子数、暗电流噪声电子数和暗电子响应不一致电子数的总和；电荷转移模型将光电转换模型生成的观测目标电子数与电荷从光敏区转移到存储区的转移效率、存储区到水平移位寄存器的垂直转移效率和水平移位寄存器水平转移效率相乘再加上读出噪声电子数得到转移后的观测目标电子数；电荷量化模型将电荷转移模型得到的转移后的观测目标电子数与每个电子对应的数字量、电路转换系数相乘再加上输出电路综合偏置得到数字量的观测目标探测图像。
[0039] 振动模拟模块，用于接收来自系统配置模块的振动模拟参数，模拟卫星平台振动所引起的空间望远镜主光线抖动信号，并将该抖动信号发送给计算控制模块；
[0040] 摆镜模块，用于接收来自系统配置模块的摆镜参数和空间环境参数，摆镜参数主要包括镜面直径、镜面厚度、
致动器间距、致动器面积、镜面材料等，空间环境参数主要包括重
力场参数、热环境参数等，根据摆镜参数建立摆镜有限元模型，分析摆镜在空间环境下的谐响应，将谐响应分析数据发送给计算控制模块；
[0041] 计算控制模块，用于接收来自系统配置模块的光学系统参数、探测算法参数、伺服控制参数和仿真参数，以及来自探测相机模块发送的观测目标探测图像，以及来自振动模拟模块发送的空间望远镜主光线抖动信号，以及来自摆镜模块发送的谐响应分析数据；将接收到的观测目标探测图像和空间望远镜主光线抖动信号转发给系统评估模块；仿真计算得到伺服控制后的由摆镜反射的主光线偏转信号发送给系统评估模块；
[0042] 具体的，图像预处理模块根据接收到的仿真参数和空间望远镜主光线抖动信号，在各个仿真时刻对接收到的观测目标探测图像进行二维插值得到观测目标运动到空间望远镜主光线抖动信号位置的观测目标探测图像，形成观测目标探测图像序列，并对观测目标探测图像序列中的每幅图像进行消暗流、消平场、去趋势项处理；图像相关计算模块对预处理后的观测目标探测图像序列运用图像相关算法计算观测目标探测图像序列与第一幅观测目标探测图像之间的偏移位置得到图像运动探测结果；伺服控制模块首先采用系统辨识的方法由摆镜谐响应分析数据得到摆镜传递函数模型，再根据光学系统参数将图像运动探测结果转换为主光线偏转量探测结果，采用经典伺服控制方法将主光线偏转量探测结果转换为摆镜驱动信号，将摆镜驱动信号输入到摆镜传递函数模型得到摆镜转动信号，进而由主光线抖动信号和摆镜转动信号得到伺服控制后的由摆镜反射的主光线偏转信号，并发送给系统评估模块。
[0043] 系统评估模块，用于接收来自计算控制模块发送的观测目标探测图像，计算观测目标探测图像的
信噪比、
对比度等图像评价参数；以及接收来自计算控制模块发送的伺服控制后的由摆镜反射的主光线偏转信号和空间望远镜主光线抖动信号，计算相关跟踪器的跟踪精度、闭环误差带宽等系统性能参数。
[0044] 应用本发明所述空间望远镜相关跟踪器的仿真系统进行相关跟踪器性能仿真的方法如图2所示，包括以下步骤：
[0045] 步骤S1：通过系统配置模块完成仿真系统的主要参数配置和系统初始化，并将配置参数发送到目标与背景模块、探测相机模块、振动模拟模块、摆镜模块和计算控制模块，完成参数初始化；
[0046] 目标与背景模块参数初始化中，包括目标类型、背景内容。目标类型分为点源目标和面源目标，背景内容服从高斯分布，期望为0～1，方差为0～0.5。
[0047] 探测相机模块参数初始化中，包括相机类型、相机基本参数、相机其他参数。相机类型分为理像相机和实际应用相机；基本参数包括像元尺寸、
帧频和曝光时间；其他参数包括理想像元单位时间内单位照度下在单个像元面积内获得的平均
光子数、
量子效率、暗电流大小、转移效率、读出噪声电子数、输出电路的综合偏置、输出电路转换系数、数字量数据位等。
[0048] 振动模块参数初始化中，包括信号类型、
频率、幅值、偏移量和信号文件。信号类型分为正弦、三
角波、方波、
锯齿波、白噪声，非标准信号；信号类型选择为非标准信号时，可由信号文件加载外部数据作为振动信号。
[0049] 摆镜模块参数初始化中，包括：摆镜参数和空间环境参数；摆镜参数主要包括镜面直径、镜面厚度、致动器间距、致动器面积、镜面材料等，空间环境参数主要包括重力场参数、热环境参数。
[0050] 计算控制模块参数初始化中，包括光学系统参数、探测算法参数与伺服控制参数以及仿真参数。光学系统参数主要包括光学系统焦距、角放大倍率等；探测算法参数包括图像所需的预处理暗流表、增益表、整像元算法和亚像元
定位算法选择；伺服控制参数包括数字控制
采样率、控制模式、伺服控制参数等；仿真参数主要包括仿真时间、仿真步长、仿真解算方法等。
[0051] 步骤S2：目标与背景模块根据配置参数中的目标与背景参数模拟生成观测目标信息；振动模拟模块根据配置参数中的振动模拟参数模拟生成空间望远镜主光线抖动信号；摆镜模块根据配置参数中的摆镜参数和空间环境参数建立摆镜有限元模型，采用有限元软件的谐响应分析法得到摆镜在空间环境下的谐响应分析数据；
[0052] 对于空间太阳望远镜，相关跟踪器的目标为米粒组织，是面源目标，根据目标与背景参数采用多个高斯函数线性叠加的方法模拟生成面源目标图像(见图3)。
[0053] 振动模拟模块根据振动模拟参数得到空间望远镜主光线抖动信号，信号类型主要为
正弦波信号和频率受限的白噪声信号。
[0054] 摆镜模块是在有限元软件环境下预先建立摆镜的有限元模型，根据摆镜参数
修改有限元模型的结构和材料，根据空间环境参数确定有限元模型的重力
载荷和热载荷，采用有限元软件的谐响应分析功能得到空间环境下的摆镜模型的谐响应分析数据。
[0055] 步骤S3：探测相机模块根据配置参数中的探测相机参数和步骤S2得到的观测目标信息，模拟观测目标信息在探测相机内的光电转换过程，生成观测目标探测图像；
[0056] (1)光电转换模型，模拟入射光信号转换为电信号，并通过电场加以收集的过程。在积分时间内形成的观测目标电子数是光电响应不一致电子数、光电子散粒噪声电子数、暗电流噪声电子数和暗电子响应不一致电子数的总和：
[0057] N＝Nprnu+Npsn+Ndsnu+Ndcsn
[0058] 其中，N是积分时间内形成的观测目标电子数，Nprnu是光电响应不一致电子数，Npsn是光电子散粒噪声电子数，Ndsnu是暗电流噪声电子数，Ndcsn暗电子响应不一致电子数。具体各项的仿真描述为
[0059] Nprnu＝(1+PRNU)·η·N0·Object·Tint
[0060]
[0061] Ndsnu＝(1+DSNU)·Idark·Tint/Q
[0062]
[0063] 其中，Object为来自目标与背景模块的观测目标信息；其他来自系统配置模块的探测相机参数包括：N0为理想像元单位时间内单位照度下在单个像元面积内获得的平均光子数，η为探测相机的量子效率，Tint为积分时间，PRNU是高斯分布数，SN(σ)代表标准差为σ的泊松分布数，Idark是暗电流大小，Qe＝1.6e-19是一个电子所带电量，DSNU是均值为0、方差为1～2％的高斯分布数。
[0064] (2)电荷转移模型，模拟电荷包转移过程，把光敏区得到的电荷根据一定时序控制转移输出，探测相机电荷转移示意图见图4。电荷转移模型将光电转换模型生成的观测目标电子数与电荷从光敏区转移到存储区的转移效率、存储区到水平移位寄存器的垂直转移效率和水平移位寄存器水平转移效率相乘再加上读出噪声电子数得到转移后的观测目标电子数：
[0065] NL＝N·ε1·ε2·ε3+Ndn
[0066] 其中，N为光电转换模型生成的观测目标电子数；其他来自系统配置模块的探测相机参数包括：电荷从光敏区转移到存储区的转移效率ε1，电荷从存储区转移到水平移位寄存器的垂直转移效率ε2，水平移位寄存器水平转移效率为ε3，探测相机读出噪声电子数Ndn。
[0067] (3)电荷量化模型，
模拟信号读出放大过程，把光生电荷转换为电压信号，并放大读出。电荷量化模型将电荷转移模型得到的转移后的观测目标电子数与每个电子对应的数字量、电路转换系数相乘再加上输出电路综合偏置得到数字量的观测目标图像。
[0068] ADU＝fix(g·Kw·NL)+ADU0
[0069] 其中，fix(x)代表对变量x取整。NL为电荷转移模型得到的转移后的观测目标电子数；其他来自系统配置模块的探测相机参数包括：输出电路的综合偏置ADU0，nbit为输出数字位数，Nwell为满井电子数，ADUw为满井电子数所对应的数字量，g为电路转换系数。那么，每个电子数对应的数字量为Kw＝ADUw/Nwell；最大输出数字量为ADUm＝2nbit-1，当ADU>ADUm时，ADU＝ADUm。在探测相机模块中，数字量ADU即为Object观测目标信息经过光电转换后生成的数字量的观测目标探测图像。
[0070] 步骤S4：计算控制模块根据配置参数中的仿真参数、步骤S2得到的空间望远镜主光线抖动信号和步骤3得到的观测目标探测图像，仿真生成观测目标探测图像序列，并对观测目标探测图像序列进行图像预处理；根据步骤S2得到的摆镜谐响应分析数据得到摆镜传递函数模型；对图像预处理后的观测目标探测图像序列运用探测算法计算得到图像运动探测结果，再根据配置参数中的光学系统参数将图像运动探测结果转换为主光线偏转量探测结果，采用经典伺服控制方法将主光线偏转量探测结果转换为摆镜驱动信号，将摆镜驱动信号输入到摆镜传递函数模型得到摆镜转动信号，进而由主光线抖动信号和摆镜转动信号得到伺服控制后的由摆镜反射的主光线偏转信号。
[0071] 图像预处理模块根据仿真参数和空间望远镜主光线抖动信号，在仿真时刻对步骤S2生成的观测目标探测图像进行二维插值得到观测目标运动到空间望远镜主光线抖动信号位置的观测目标探测图像，形成观测目标探测图像序列，并对观测目标探测图像序列中的每幅图像进行消暗流、消平场、去趋势项处理：
[0072] (1)消暗流和平场
[0073] Ir(i,j)＝[Ip(i,j)-D(i,j)]×G(i,j)
[0074] 其中，Ip、Ir分别为消暗流和平场前后的观测目标探测图像，D和G分别是探测算法参数中的暗流表和增益表。
[0075] (2)去趋势项
[0076]
[0077]
[0078]
[0079] I(i,j)＝Ir(i,j)-ai-bj-c
[0080] 其中，I为图像预处理后的观测目标探测图像，M为观测目标探测图像维数。按照上述公式计算得到给定图像的a,b,c，再进行去趋势计算，完成图像预处理。
[0081] 然后，图像相关计算模块对预处理后的观测目标探测图像序列运用图像相关算法计算观测目标探测图像序列与第一幅观测目标探测图像之间的偏移位置得到图像运动探测结果。探测算法包括整像元计算和亚像元定位两部分。
[0082] (1)整像元计算
[0083] C(x,y)＝IFFT[FFT(IR)×FFT*(IL)]
[0084] 其中，FFT、IFFT分别表示正、逆快速傅里叶变换，*号表示傅里叶变换的复共轭，×号表示矩阵叉乘，IR、IL分别代表第一幅观测目标探测图像和观测目标探测图像序列中的一幅图像。找出相关函数C(x,y)峰值所在位置的坐标(xmax,ymax)。
[0085] (2)亚像元定位
[0086] 利用如下经验公式拟合得到相关函数C(x,y)峰值的所在亚像元位置δx、δy。
[0087]
[0088]
[0089] 那么观测目标探测图像序列与第一幅观测目标探测图像之间的偏移位置Δx、Δy(图像运动探测结果)为
[0090] Δx＝xmax+δx，Δy＝ymax+δy
[0091] 最后，伺服控制模块采用系统辨识中的非线性最小二乘法由摆镜谐响应分析数据辨识摆镜传递函数模型中的各个参数，得到摆镜传递函数模型，再根据光学系统参数将图像运动探测结果转换为主光线偏转量探测结果，采用增量式PID控制算法将主光线偏转量探测结果转换为摆镜驱动信号，将摆镜驱动信号输入到摆镜传递函数模型，采用四阶五级龙格-库塔法求解得到摆镜转动信号，进而由主光线抖动信号和摆镜转动信号得到伺服控制后的由摆镜反射的主光线偏转信号。
[0092] 所采用的摆镜传递函数模型形式是一个惯性环节、一个二阶振荡环节和若干个双二阶振荡环节的串联，具体见下式。
[0093]
[0094] 其中，s是Laplace算子，T为惯性环节的惯性时间常数，ξ为二阶振荡环节的振荡因子，ωn为二阶振荡环节的振荡圆频率，ξzk、ξpk分别为第k个双二阶振荡环节零极点的振荡因子，ωzk、ωpk分别为第k个二阶振荡环节零极点的振荡圆频率。
[0095] 步骤S5：系统评估模块对步骤S2得到的观测目标探测图像的信噪比、对比度等图像评价参数进行计算；根据步骤S2得到空间望远镜主光线抖动信号和步骤S4得到的伺服控制后的由摆镜反射的主光线偏转信号，对相关跟踪器的跟踪精度、闭环误差带宽等系统性能参数进行计算。
[0096] 以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。
