[发明专利]一种基于径向与动态环向模式的星图识别方法

权利要求书

1.一种基于径向与动态环向模式的星图识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立导航星对应的径向与动态环向模式

在原始星表中选定若干颗导航星，根据若干颗导航星分别与其周围近邻星的位置分布特征，建立若干颗导航星对应的径向模式与动态环向模式；

选定若干颗导航星的原则是：采取全天球扫描法对原始星表进行扫描，选取每个视场中最亮的10颗星点作为导航星；

导航星的径向模式建立的具体过程为：

步骤A1：选取若干颗导航星中任意一颗导航星X，在原始星点数据库以导航星X为中心，b_r＝0.3和R_r＝10作为半径作两个同心圆，将同心圆范围中星等低于6.0Mv的星点作为导航星X的近邻星；

步骤A2：计算所述导航星X与其全部近邻星的星间角距，并对星间角距进行离散化，从而建立出导航星X的径向模式；

导航星动态环向模式建立的具体过程为：

步骤B1：选取导航星X的任意一颗近邻星作为模式参考星Y，以模式参考星Y为起点，逆时针方向依次计算各个近邻星之间的夹角，获得夹角序列θ；

步骤B2：对夹角序列θ进行离散化，得到最终的夹角离散模式，并将该夹角离散模式定义为导航星动态环向模式；

式中：为离散化之后的θ数值，e_c为夹角离散过程中的常量，数值为0.01°；

步骤2：创建若干颗导航星的导航星数据库

所述导航星数据库包括参考星表与模式数据库；参考星表存储了选定的若干颗导航星的编号、赤经、赤纬信息；模式数据库存储选定的若干颗导航星对应的径向模式与动态环向模式；

步骤3：建立观测星对应的径向模式与动态环向模式

拍摄实际星图，在星图中选定若干颗亮度最大的星点作为观测星，根据若干颗观测星与其周围近邻星的位置分布特征，采用与步骤1相同的方式建立若干颗观测星对应的径向模式与动态环向模式；

步骤4：初始识别

依据若干颗观测星对应的径向模式与动态环向模式，使用查找导航星数据库与最大累加比对算法的方式，从导航数据库中选出观测星对应的导航星作为初始候选匹配星，并记录相关信息于初始匹配表中，完成初始识别；

步骤4.1：为导航星数据库中每颗导航星分配一个计数器，所述计数器记录的数值为导航星与观测星的径向模式相似度；

步骤4.2：径向模式匹配；

利用观测星的径向模式，通过比对导航星数据库中存储的导航星径向模式，筛选出所有计数器中数值最大的导航星为侯选匹配星，且最大计数器的数值必须大于等于径向模式匹配阈值min_mat_rad，否则，选择下一颗观测星进行识别；其中，min_mat_rad的取值为4；

若侯选匹配星数目为1，则将该候选匹配星作为最终星图识别结果输出；

若侯选匹配星数目≥2，则进行观测星动态环向模式匹配；

步骤4.3：动态环向模式匹配；

利用最大累加比对算法计算观测星与全部候选匹配星之间的动态环向模式相似度，若符合动态环向模式匹配输出要求，则最大相似度对应的侯选匹配星作为观测星的侯选匹配星，否则，选择下一颗观测星进行识别，具体过程为：

步骤4.3.1：设Cyc_pats＝s₁,s₂,s₃...s_m-1,s_m，代表观测星的动态环向模式，其中m代表观测星对应动态环向模式中包含的近邻星数目；

Cyc_patc＝c₁,c₂,c₃...c_n-1,c_n，代表导航星数据库中候选匹配星的动态环向模式，n代表导航星数据库中候选匹配星对应动态环向模式中包含的近邻星数目；

步骤4.3.2：确定Cyc_pats与Cyc_patc模式向量中对应的起始元素s_p与c_q，两者需满足以下要求：

|s_p-c_q|≤error

其中，error为误差判定阈值，取值为3.0；

步骤4.3.3：对Cyc_pats与Cyc_patc进行循环移位，将起始元素s_p与c_q分别移动到各自向量的第一个位置，将完成循环移位后的观测星的动态环向模式Cyc_pats与候选匹配星的动态环向模式Cyc_patc分别表示为α₁,α₂,α₃...α_m-1,α_m和b₁,b₂,b₃...b_n-1,b_n，其中

步骤4.3.4：分别构建动态环向模式Cyc_pats与候选匹配星的动态环向模式Cyc_patc各自对应的累加向量vec_pats＝ω₁,ω₂,ω₃...ω_m-1,ω_m，vec_patc＝ψ₁,ψ₂,ψ₃...ψ_n-1,ψ_n，其元素定义如下：

步骤4.3.5：比对vec_patc与vec_pats向量的相似度，若vec_pats中的元素ω_k与vec_patc中的元素ψ_h之差小于阈值ε，ε＝15，则认为这两个元素匹配；依次选取vec_pats向量中的元素，查找vec_patc向量中位于上一个匹配元素之后的所有剩余元素中，是否存在与被选取元素相匹配的元素，重复以上过程，直至vec_pats向量中的最后一个元素结束，匹配元素的对数即为累加向量vect_pats与vect_patc之间的相似度值；

步骤4.3.6：若两个待比对动态环向模式存在多对起始元素，在此，按照上述步骤4.3.1至4.3.5分别计算不同起始元素对应的累加向量的相似度值，取相似度值中的最大值定义为Cyc_pats与Cyc_patc模式的相似度；

步骤4.3.7，若最大相似度数值大于等于动态环向模式匹配阈值Min_mat_cyc，其中Min_mat_cyc取值为4，且最大相似度数值对应的候选匹配星数目为1时，完成动态环向模式匹配；

步骤4.4：相关信息记录于初始匹配表中

初始匹配表中记录的相关信息包括Sensor star项、Candidate Star Index项、以及Centroids项；

Sensor star项为星图中识别观测星序号；

Candidate Star Index项为候选匹配星编号；

Centroids项为观测星坐标；

步骤5：精确识别

使用视场约束规则，从初始匹配表记录的全部初始候选匹配星中选出正确的候选匹配星作为最终星图识别结果。

2.根据权利要求1所述的基于径向与动态环向模式的星图识别方法，其特征在于：所述原始星表包括美国史密森天文台的SAOJ2000星表、欧空局的依巴谷星表、哈弗大学天文台的HD星表。