[發明專利]一種基于最簡一般子圖的星圖識別方法

有效

• 申請號: 202010979427.6
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112179335B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 魏新國;劉皓;李健;王剛毅;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
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發明公開一種基于最簡一般子圖的星圖識別方法，包括：建立角距數據庫，具體分為導航星的選取、角距數據庫以及索引表的建立；選取待識別的觀測星，依次定義其中一顆星為主星，通過兩輪投票記錄主星到余下各星的角距與數據庫中導航星對的匹配結果，并初步篩選各觀測星的候選星；依次取各觀測星的最高票候選星，確定以其為主星的匹配組，并由匹配組的大小選取最簡一般子圖，然后以匹配組為基礎構建同構子圖；取同構子圖的兩顆星，利用雙矢量定姿確定旋轉矩陣和姿態角，通過重投影驗證同構子圖并輸出觀測星的識別結果。本發明繼承了多邊形算法的可靠性和組匹配算法的高效性，對星點位置噪聲、星等噪聲以及假星都有很好的魯棒性。

技術領域

本發明涉及航空航天領域星敏感器技術，特別是涉及一種基于最簡一般子圖的星圖識別方法。

背景技術

星敏感器是航天器姿態控制系統的重要組成部分，其通過識別星圖中的恒星實現航天飛行器的三軸姿態的獲取。星敏感器的姿態測量精度可以達到角秒級，在空間飛行器中得到了廣泛的應用。

星圖識別是星敏感器的關鍵技術。現有的星圖識別算法主要分為兩大類，一類是以柵格算法、徑向環向算法為代表模式識別類算法，一類是以多邊形算法和組匹配算法為代表的子圖同構類算法。與模式類算法相比，子圖同構類算法對觀測星數量的要求更低，也更易于實現。同時，該類算法還對噪聲具有很好的魯棒性。子圖同構類算法以星為頂點，星與星之間的角距為邊，將觀測星圖視為全天星圖的子圖，并在全天星圖中尋找與觀測星圖匹配的區域。

多邊形算法和組匹配算法是兩類經典的子圖同構類算法。在觀測星數量較少的情況下，多邊形算法由于對星點角距的利用更為充分，較組匹配算法更為可靠。但是隨著觀測星數量的增加，多邊形子圖也愈發復雜，在子圖可靠性提升的同時，算法效率也大大降低。此外，數據庫占用空間大也是限制多邊形算法的一個劣勢。組匹配算法由于引入了投票機制，在算法的效率上更具優勢。但是該算法需要一定數量的觀測星，保證算法的可靠性。

可以看出，基于子圖同構的方法中需要一種可以針對不同數量的觀測星選取合適子圖篩選導航星，以解決多邊形算法的效率問題和組匹配算法在觀測星數量少時的可靠性問題，同時對噪聲魯棒、數據庫占用空間小的通用算法。

發明內容

本發明技術解決問題：為解決多邊形算法和組匹配算法在可靠性和效率上存在的問題，提供一種基于最簡一般子圖的星圖識別方法，本發明繼承了多邊形算法的可靠性和組匹配算法的高效性，對星點位置噪聲、星等噪聲以及假星都有很好的魯棒性。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明一種基于最簡一般子圖的星圖識別方法，包括以下步驟：

步驟201：建立數據庫，具體分為導航星的選取、角距數據庫以及索引表的建立。通過角距匹配實現構建同構子圖的構建，角距匹配即在數據庫中搜索在一定誤差范圍內匹配觀測星對角距的導航星對。數據庫的大小由導航星的數量決定，為保證算法的實時性，需盡量精簡數據庫中導航星的數量。索引表的建立則是為了縮減搜索匹配的導航星對的時耗；

步驟202：選取待識別的各觀測星，依次定義其中一顆觀測星為主星，余下星為伴星，逐一計算主星到各伴星的角距，并配合索引表在角距數據庫中搜索與之匹配的角距對，通過兩輪投票記錄主星到余下各伴星的角距匹配結果，并初步篩選各觀測星的候選星；

步驟203：根據步驟202的角距匹配結果，依次取各觀測星的最高票候選星，確定以該候選星為主星的匹配組，根據所述匹配組的大小選取最簡一般子圖，并以匹配組為基礎，通過添加設定數量的輔邊進一步構建同構子圖；

步驟204：基于步驟203構建的同構子圖的主星，同時在構成輔邊的伴星中取在步驟202中得票最高的一顆伴星，利用雙矢量定姿(TRAID)確定旋轉矩陣與姿態角，并通過重投影驗證同構子圖，以提升算法的魯棒性，同時實現星圖中全部觀測星的識別，為更精確的姿態解算提供基礎。