[發明專利]一種基于角模式簇投票的不依賴標定參數的星圖識別方法

有效

• 申請號: 201910176074.3
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN109813303B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 魏新國;代保銘;王剛毅;李健;張廣軍
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02;G01C21/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開一種基于角模式簇投票的不依賴標定參數的星圖識別方法，包括：提取導航星的角模式簇特征，建立導航星模式庫；根據星圖中觀測星的幾何位置，提取觀測星的角模式簇特征；根據觀測星的角模式簇特征，使用投票法對觀測星進行匹配識別；最后，通過驗證環節，進一步確認識別結果的正確性。本發明方法能夠在星敏感器標定參數未知的情況下完成星圖識別，且在較大的星點位置噪聲和星等噪聲情況下能夠獲得較高的識別率。

技術領域

本發明涉及星敏感器中的星圖識別領域，具體涉及一種基于角模式簇投票的不依賴標定 參數的星圖識別方法。

背景技術

星敏感器是一種重要的姿態測量器件，其通過識別星圖中的恒星來確定三軸姿態，精度 可以達到角秒級，目前已被廣泛應用到空間探測器。其中，星圖識別是星敏感器中的關鍵技 術。

現有的星圖識別算法大致可以分為兩大類：子圖同構類和模式識別類。子圖同構類算法 以星點為頂點，以兩星之間的角距為邊，構成一個子圖，通過識別子圖來對觀測星進行識別， 如三角形算法、多邊形算法。模式識別類算法先確定一顆主星，利用模式半徑內鄰星的分布 構成主星的一個獨一無二的模式，通過識別星模式來進行星圖識別，如柵格算法，其中模式 半徑、主星與鄰星位置關系需要利用角距來確定。

正如以上分析的，這些算法大多以角距為基礎，依賴星敏感器的內部標定參數，如焦距、 主點坐標。這些參數一般在星敏感器正式使用之前通過實驗室標定得到，但是，星敏感器在 實際使用時受到航天器發射過程中的沖擊、空間環境等因素的影響，內部參數會發生變化。 如果不能獲得內部參數的準確值，這些星圖識別算法可能會失效。另外，星敏感器在軌運行 時可以利用在軌標定技術獲得內部參數的標定值，但在軌標定過程也依賴于準確的星圖識別 結果。

發明內容

為解決星敏感器內部參數不準確或未知情況下的星圖識別問題，本發明提供了一種基于 角模式簇投票的不依賴標定參數的星圖識別方法，能夠在標定參數未知情況下完成星圖識別， 且在較大星點位置噪聲和星等噪聲情況下獲得較高的正確識別率。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明提供了一種基于角模式簇投票的不依賴標定參數的星圖識別方法，該方法包括：

步驟A：提取導航星的角模式簇特征，建立導航星模式庫，其步驟如下：

A1、選取導航星表中的每顆星為主星，以主星對應的方向矢量為星敏感器的視軸指向， 將主星及與主星角距最近的N_neighbor顆導航星從地心慣性坐標系旋轉變換到星敏感器坐標系 下，得到星敏感器坐標系下的星矢量坐標，然后用導航星的星矢量除以Z軸坐標值，這樣所 得導航星的X、Y軸坐標即為歸一化焦平面上的星點坐標，以此作為求取導航星模式簇特征 的依據，N_neighbor取10；

A2、主星與任意兩顆鄰星可構成一個角模式，所有角模式構成角模式簇。利用歸一化焦 平面上的星點坐標，分別計算每一個角模式的夾角值和兩邊比例值。計算夾角值大小，若短 邊順時針方向旋轉能夠以小于180°的角度與長邊重合，則取夾角值方向為正，否則為負，這 樣，夾角值范圍為[-180°,180°]；計算短邊與長邊的比例值λ，其范圍為(0,1]；所有角模式的 夾角值θ和比例值λ構成角模式簇的特征；

A3、將角模式的夾角值θ和比例值λ進行變換，所得值作為二維查找表的兩個索引值， 將該角模式對應的三顆導航星的序號按照一定順序存儲到對應的索引單元中，將所有導航星 對應的角模式簇存儲到二維查找表中，構成導航星模式庫；

步驟B：根據星圖中觀測星的幾何位置，提取觀測星的角模式簇特征，其過程如下：

B1、計算星圖中每個觀測星到圖像中心的歐幾里得距離，以該距離升序排列，選取第一 顆觀測星作為主星；