[发明专利]一种星敏感器全天球快速星图识别方法

说明书

本发明公开了一种星敏感器全天球快速星图识别方法，包括构建一种导航三角形的形状因子和角距值的导航特征库；根据星敏感器视场内观测星的数量，择优选择其中的四颗观测星，组成两个目标观测三角形；计算两个目标观测三角形的形状因子和角距值，将其与导航特征库进行匹配，获得作为后续待匹配的导航三角形；根据待匹配的导航三角形信息，生成一幅局部天区的参考星图，将参考星图与当前观测星图进行星点匹配四个步骤。能够降低对导航特征库存储空间的要求，在匹配识别过程中，可以根据观测三角形的特征快速找到“唯一的”导航三角形，解决了传统三角形方法在匹配时存在导航三角形冗余多的难题，具有匹配识别时间短、识别成功率高、鲁棒性好等优点。

技术领域

本发明属于姿态敏感器测量技术领域，涉及一种星敏感器全天球快速星图识别方法。

背景技术

目前姿态敏感器种类繁多，星敏感器的性能最为突出，具有功耗低、重量轻、自主性强、动态性能好、精度高等优点，已广泛应用于卫星、导弹等空间技术领域，其中，星敏感器的星图识别技术是完成航天器姿态测量任务的一项关键技术，直接影响到星敏感器能否全天自主导航工作的能力。

星敏感器是一种以赤道惯性系为参考系、以恒星为导航信息源的高精度空间姿态测量装置，通过拍摄天球上不同位置恒星的图像，经过信号处理电路提取出星点的位置信息，采用星图识别算法在导航星库中寻找观测星，利用观测星的方向矢量来确定空间飞行器的姿态信息。星图识别算法有三角形方法、匹配组方法、多边形方法、奇异值分解方法、栅格算法、遗传算法、神经网络算法等众多方法，但在实际工程应用中，仍以三角形方法及其改进的方法为主。三角形星图识别方法是通过选择视场内三颗星构成观测三角形，以三角形的三条边或边的夹角为特征量，在对应的导航特征库中进行匹配识别。该方法计算简单，但所需的导航特征库容量大，在匹配识别时存在冗余多、识别时间长，识别率低等问题。

发明内容

为克服上述三角形星图识别方法的不足，本发明提供了一种星敏感器全天球快速星图识别方法，具体步骤包括：

步骤一、构建一种导航三角形的形状因子和三角形最长边的角距值的导航特征库；

步骤二、根据星敏感器视场内观测星的数量，择优选择其中的四颗观测星，并将四颗观测星两两之间的最长边作为公共边，组成两个目标观测三角形；

步骤三、计算两个目标观测三角形的形状因子和作为公共边的最长边的角距值，将其与导航特征库进行匹配，获得所有满足条件的导航三角形，作为后续待匹配的导航三角形；

步骤四、根据待匹配的导航三角形信息，生成一幅局部天区的参考星图，将参考星图与当前观测星图进行星点匹配，最终完成星图的全天自主快速识别任务。

具体地，所述步骤一中构建的导航特征库里的特征量包括两个导航三角形的形状因子、导航三角形公共边的角距值、导航三角形公共边对应的两颗导航星的序号。

优选地，所述导航三角形的形状因子是通过公式确定的，其中，dir为三角形的三条边按照降序方式进行排列后的方向标志，p为三角形周长的一半，a、b、c分别为三角形三条边的边长。

具体地，所述步骤二中或在具体构建导航特征库的方法中，择优选择其中的四颗观测星或导航星，具体方法是：如果观测星或导航星个数小于等于恒星个数阈值T_n，当大于等于N时，在最亮的N颗观测星或导航星中任选四颗，当观测星或导航星不足N颗星时，从所有观测星或导航星中任选四颗；否则，当观测星或导航星个数大于恒星个数阈值T_n时，优先选择离星敏感器光轴中心最近的T_n颗观测星或导航星，再从这T_n颗中选择最亮的N颗观测星或导航星，再从中任选四颗。

具体地，所述步骤三中，将两个目标观测三角形的形状因子和公共边的角距值与导航特征库中相应的值进行匹配，获得所有满足条件的待匹配的导航三角形，具体的匹配条件为：