[發明專利]一種基于星敏感器輸出精度的導航星庫制作方法

在審

• 申請號: 201610944615.9
• 申請日: 2016-11-02
• 公開（公告）號: CN106595645A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 孫朔冬;葉志龍;鄭循江;葉宋杭;李金晶;吳迪;陳紓;王峰;武斌
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙)31249
• 代理人: 尹兵,周乃鑫

技術領域

本發明涉及一種星敏感器導航星庫的制作方法，具體是指一種基于星敏感器輸出精度的導航星庫的制作方法，屬于航天測量控制技術領域。

背景技術

導航星庫是星敏感器的必要部分，也是星敏感器實現導航功能的必須的基本數據。在星敏感器的主要工作環節均有導航星庫的參與，包括全天星圖識別、星點跟蹤和姿態解算都是以導航星庫為依據的。

目前，國內外的星敏感器生產廠家，對導航星庫的制作均十分重視，而根據不同星敏感器光學系統和成像探測器的選型，每種類型的星敏感器使用的導航星庫都需要進行針對性的制作。星敏感器中導航星庫的完備性、容量大小也互為矛盾體。首先，導航星庫需要包含星敏感器視場中所有可能的觀測星信息，這就需要導航星庫包含全天球下所有可能的星點信息；其次，由于星點信息的容量巨大，如果全部存入導航星庫中會給星敏感器工作時的查找速度帶來影響，同時，導航星庫中恒星在天區內的分布方式，也將對姿態解算使用的QUEST算法精度產生影響。

因此，如何構造一個完備且視場內的導航星組合方式不會影響其計算精度的導航星庫，是關系到天文導航系統可靠性和實時性的重要課題。到目前為止，多種制作導航星庫的方法已被提出，主要包括：星等閾值法、星等加權法、正交網格法、回歸選取法等。但是，這些方法存在以下的問題和限制：

1)星等閾值法是通過選取星等小于一定閾值的恒星構成導航星庫，該方法雖然簡單，也具有良好的匹配性，但是恒星分布的不均勻性會導致星圖識別準確性下降。若采用提高星等閾值來改善此問題，則會導致星庫容量增大，不利于星敏感器的存儲和使用，也增加星庫搜索的時間。

2)星等加權法是基于恒星越亮(星等越低)被星敏感器捕獲到的概率越大這一前提提出的。這種方法單純的從基礎星庫中的視星等出發，按照星等的大小制作星庫，這樣會造成星庫的不完備情況出現，對于可靠性方面沒有加以考慮。

3)正交網格法是利用等面積映射的方法將候選導航星從單位球面投影到平面上，采用互不重疊的等面積正交網格對其劃分，然后在每個小格中選取星等最低的恒星作為導航星，該方法制作出的導航星庫沒有考慮到實際星敏感器探測能力，所以會有小格中的恒星在實際中無法探測到的現象。

4)回歸選取法是將星等閾值法中的固定閾值變為動態閾值，可有效地篩選出導航星，但動態閾值的自適應性仍不夠完善。

基于上述，目前亟需提出一種基于星敏感器輸出精度的導航星庫制作方法，通過對導航恒星在每個視場范圍內的優化選擇過程，從而保證挑選的恒星組合滿足分布平均且姿態計算精度最佳的效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于星敏感器輸出精度的導航星庫制作方法，所得到的導航星庫體積小，通過對導航恒星在每個視場范圍內的優化選擇過程，保證最終挑選的恒星組合滿足分布平均且姿態計算精度最佳的效果，不會出現因為導航恒星分布不合理而產生的姿態誤差跳大的情況。

為了達到上述目的，本發明提供一種基于星敏感器輸出精度的導航星庫制作方法，包含以下步驟：

S1、根據基礎星庫提供的信息，對恒星進行篩選，形成初步導航星庫；

S2、隨機生成覆蓋全天球的測試天區光軸指向Q_IDLE；

S3、依據初步導航星庫，將該光軸指向下，視場內包含的全部導航恒星的坐標由天球坐標系轉換至投影在探測器像面上的平面坐標系；

S4、將視場內的導航恒星全部投影在探測器像面上后，將整個像面劃分為n個區域，對每個區域內的導航恒星按m個組合方式進行排列；

S5、對每個區域中選擇出的導航恒星的各種組合方式，進行姿態解算，移除精度指標誤差大的導航恒星的組合方式；

S6、在整個像面視場中搜索導航恒星，并對照被移除的精度指標誤差大的導航恒星的組合方式，直至選擇到滿足預先設定顆數的恒星，并且該些恒星組成的多邊形不匹配精度指標誤差大的恒星組合方式；

S7、在整個天球內，針對每個隨機生成的光軸指向，反復執行S2～S6，合并每個天區篩選后得到的恒星的重復星點，得到適合的導航星庫。

所述的S1中，具體包含以下步驟：

S11、篩選星等：選取比對應星敏感器光學系統可以敏感到的極限星等高出0.2個星等的恒星作為導航恒星；

S12、篩選相鄰角距：將兩顆或多顆以上相距距離小于星跟蹤半徑的恒星剔除；

S13、篩選自行大小：選取赤經方向大于500毫角秒，赤緯方向大于400毫角秒的自行大的恒星作為導航恒星；

S14、篩選并剔除無伴星的恒星；

S15、篩選并剔除變星。