[發明專利]一種星敏感器的姿態確定方法

有效

• 申請號: 201410145806.X
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103940432B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 錢華明;孫龍;蔡佳楠;黃蔚
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于星敏感器姿態確定領域，特別涉及基于擴充視場的柵格算法的一種星敏感器的姿態確定方法。

背景技術

精確的姿態信息是航天器完成航天任務的基礎。能夠提供姿態信息的測量器件有很多，但是精度最高應用最廣泛的是星敏感器。星敏感器的姿態確定過程分為：星空成像、星點提取、星圖識別和姿態計算四個步驟。其中星圖識別是星敏感器姿態確定的決定性階段。

隨著星敏感器的發展，出現了許多的星圖識別算法，它們可大致分為兩種類型。第一種類型是子圖同構類算法，這類算法把觀測星圖看成是全天星圖的子圖，將星點作為頂點，利用星點之間的角距等信息，以線段、三角形、多邊形等作為基本元素來進行星圖識別。其中最具代表性的有，三角形算法、匹配組算法等。另一種類型是模式識別類算法，這種算法為每顆星構造一個獨一無二的特征“星模式”，這樣星圖識別的實質就是在星表中尋找與觀測星模式相近的導航星。其中，比較有代表性的有柵格算法、基于統計特征的識別算法。在這兩類算法中，三角形算法的應用最廣泛。然而三角形算法也有著其本身的致命缺陷，它容易受到位置噪聲的干擾，對噪聲的魯棒性不好，因此只能適用于噪聲水平較低的情況。然而，星敏感器本身存在著暗電流噪聲、畸變噪聲等，同時在航天器執行任務時會不可避免的受到環境的影響從而引入一定的噪聲，在這種情況下，三角形算法的使用會受到很大的限制。此時模式識別類算法成為了最佳的選擇。其中，最具代表性的是柵格算法，它對噪聲的魯棒性較強適用于復雜環境中。然而柵格算法要求視場中觀測星的數目不小于六顆，這就限制了該算法在小視場、低星等敏感極限星敏感器中的應用。

發明內容

本發明的目的是提供具有高識別率的一種星敏感器的姿態確定方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種星敏感器的姿態確定方法，包括以下幾個步驟：

步驟一：在初始時刻進行星圖識別并計算載體的姿態；

步驟二：利用載體的姿態和陀螺的輸出信息計算當前時刻星敏感器的視軸方向，利用得到的視軸方向從星表中選星生成模擬星圖；

模擬星圖的生成步驟為：

2.1得到載體的初始姿態以后，根據陀螺的輸出信息計算當前時刻的姿態；

2.2利用星敏感器與載體之間的安裝矩陣M計算星敏感器視軸的方向矢量P；

使用下標b代表載體坐標系，上標i代表慣性坐標系，當前時刻由陀螺計算得到的載體系到慣性坐標系的轉換矩陣為用下標s代表星敏感器坐標系，則星敏感器坐標系到慣性坐標系的轉換矩陣為星敏感器的視軸方向即為星敏感器坐標系的z軸方向，方向矢量P即為的第三列元素；

2.3星敏感器視場為方形視場，且視場大小為θ_R×θ_R，擴充后的視場大小為θ_E×θ_E，其中θ_R和θ_E為方形視場的一邊對應的天空視場角，利用P從星表中選擇落入視場大小為θ_E×θ_E星敏感器中的星，并生成模擬星圖A，模擬星圖A包括模擬真實星圖和擴充星圖；

步驟三：將星敏感器拍攝到的當前時刻的第一星圖B與步驟二中生成的模擬星圖A組合，并將模擬真實星圖中的星刪除得到新的第二星圖C；

步驟四：從新星圖的真實視場中選擇參考星使用柵格算法進行識別；

使用柵格算法進行星識別的具體實現步驟為：

4.1從拍攝星圖中選取一顆星作為參考星，將參考星連同其鄰域半徑pr一起移動，使得參考星移動到視場中央；

4.2確定近鄰星，近鄰星是在參考星鄰域半徑pr之內，緩沖半徑br以外離參考星最近的星；

4.3以參考星和近鄰星連線為基準，以主星為中心旋轉星圖，使得星圖的x軸穿過近鄰星；

4.4生成g×g柵格，g為星圖的某一邊對應的柵格數目，得到一個有g²個元素的矢量，有伴星的網格為1，否則為0，從而得到一個參考星的星模式s＝[a₁?a₂…a_m]；

4.5將參考星的星模式與存儲在數據庫中的星的星模式進行對比，若與星庫中第i顆星的星模式的相同元素數目超過門限值ξ，則兩顆星匹配成功；

步驟五：若識別成功的星點數目大于2，則星圖識別成功，計算載體姿態，若識別成功的星點數目不大于2，則返回步驟一重新運行。

本發明一種星敏感器的姿態確定方法還包括