[發(fā)明專利]一種星敏感器全天球快速星圖識別方法

有效

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• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107816986B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陸壯志;周鑫;萬志江;王安迪;王偉
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北航天技術(shù)研究院總體設(shè)計所
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02;G06K9/00
• 代理公司: 武漢智匯為專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42235
• 代理人: 樊黎

本發(fā)明公開了一種星敏感器全天球快速星圖識別方法，包括構(gòu)建一種導(dǎo)航三角形的形狀因子和角距值的導(dǎo)航特征庫；根據(jù)星敏感器視場內(nèi)觀測星的數(shù)量，擇優(yōu)選擇其中的四顆觀測星，組成兩個目標(biāo)觀測三角形；計算兩個目標(biāo)觀測三角形的形狀因子和角距值，將其與導(dǎo)航特征庫進(jìn)行匹配，獲得作為后續(xù)待匹配的導(dǎo)航三角形；根據(jù)待匹配的導(dǎo)航三角形信息，生成一幅局部天區(qū)的參考星圖，將參考星圖與當(dāng)前觀測星圖進(jìn)行星點匹配四個步驟。能夠降低對導(dǎo)航特征庫存儲空間的要求，在匹配識別過程中，可以根據(jù)觀測三角形的特征快速找到“唯一的”導(dǎo)航三角形，解決了傳統(tǒng)三角形方法在匹配時存在導(dǎo)航三角形冗余多的難題，具有匹配識別時間短、識別成功率高、魯棒性好等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于姿態(tài)敏感器測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種星敏感器全天球快速星圖識別方法。

背景技術(shù)

目前姿態(tài)敏感器種類繁多，星敏感器的性能最為突出，具有功耗低、重量輕、自主性強(qiáng)、動態(tài)性能好、精度高等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、導(dǎo)彈等空間技術(shù)領(lǐng)域，其中，星敏感器的星圖識別技術(shù)是完成航天器姿態(tài)測量任務(wù)的一項關(guān)鍵技術(shù)，直接影響到星敏感器能否全天自主導(dǎo)航工作的能力。

星敏感器是一種以赤道慣性系為參考系、以恒星為導(dǎo)航信息源的高精度空間姿態(tài)測量裝置，通過拍攝天球上不同位置恒星的圖像，經(jīng)過信號處理電路提取出星點的位置信息，采用星圖識別算法在導(dǎo)航星庫中尋找觀測星，利用觀測星的方向矢量來確定空間飛行器的姿態(tài)信息。星圖識別算法有三角形方法、匹配組方法、多邊形方法、奇異值分解方法、柵格算法、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等眾多方法，但在實際工程應(yīng)用中，仍以三角形方法及其改進(jìn)的方法為主。三角形星圖識別方法是通過選擇視場內(nèi)三顆星構(gòu)成觀測三角形，以三角形的三條邊或邊的夾角為特征量，在對應(yīng)的導(dǎo)航特征庫中進(jìn)行匹配識別。該方法計算簡單，但所需的導(dǎo)航特征庫容量大，在匹配識別時存在冗余多、識別時間長，識別率低等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述三角形星圖識別方法的不足，本發(fā)明提供了一種星敏感器全天球快速星圖識別方法，具體步驟包括：

步驟一、構(gòu)建一種導(dǎo)航三角形的形狀因子和三角形最長邊的角距值的導(dǎo)航特征庫；

步驟二、根據(jù)星敏感器視場內(nèi)觀測星的數(shù)量，擇優(yōu)選擇其中的四顆觀測星，并將四顆觀測星兩兩之間的最長邊作為公共邊，組成兩個目標(biāo)觀測三角形；

步驟三、計算兩個目標(biāo)觀測三角形的形狀因子和作為公共邊的最長邊的角距值，將其與導(dǎo)航特征庫進(jìn)行匹配，獲得所有滿足條件的導(dǎo)航三角形，作為后續(xù)待匹配的導(dǎo)航三角形；

步驟四、根據(jù)待匹配的導(dǎo)航三角形信息，生成一幅局部天區(qū)的參考星圖，將參考星圖與當(dāng)前觀測星圖進(jìn)行星點匹配，最終完成星圖的全天自主快速識別任務(wù)。

具體地，所述步驟一中構(gòu)建的導(dǎo)航特征庫里的特征量包括兩個導(dǎo)航三角形的形狀因子、導(dǎo)航三角形公共邊的角距值、導(dǎo)航三角形公共邊對應(yīng)的兩顆導(dǎo)航星的序號。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)航三角形的形狀因子是通過公式確定的，其中，dir為三角形的三條邊按照降序方式進(jìn)行排列后的方向標(biāo)志，p為三角形周長的一半，a、b、c分別為三角形三條邊的邊長。

具體地，所述步驟二中或在具體構(gòu)建導(dǎo)航特征庫的方法中，擇優(yōu)選擇其中的四顆觀測星或?qū)Ш叫?，具體方法是：如果觀測星或?qū)Ш叫莻€數(shù)小于等于恒星個數(shù)閾值T_n，當(dāng)大于等于N時，在最亮的N顆觀測星或?qū)Ш叫侵腥芜x四顆，當(dāng)觀測星或?qū)Ш叫遣蛔鉔顆星時，從所有觀測星或?qū)Ш叫侵腥芜x四顆；否則，當(dāng)觀測星或?qū)Ш叫莻€數(shù)大于恒星個數(shù)閾值T_n時，優(yōu)先選擇離星敏感器光軸中心最近的T_n顆觀測星或?qū)Ш叫?，再從這T_n顆中選擇最亮的N顆觀測星或?qū)Ш叫?，再從中任選四顆。

具體地，所述步驟三中，將兩個目標(biāo)觀測三角形的形狀因子和公共邊的角距值與導(dǎo)航特征庫中相應(yīng)的值進(jìn)行匹配，獲得所有滿足條件的待匹配的導(dǎo)航三角形，具體的匹配條件為：