一種基於有向環的星圖識別方法
2023-12-09 17:05:11 1
專利名稱：一種基於有向環的星圖識別方法
技術領域：
本發明屬於傳感器姿態測量技術，特別涉及一種基於有向環的星圖識別方法，應用於恆星敏感器定姿。
背景技術：
隨著衛星影像解析度的提高，衛星影像定位精度也需要相應地提高，以充分發揮影像高解析度的優勢。目前，不依賴地面控制點，直接利用衛星的位置和姿態數據，獲取高精度的影像定位信息已成為國內外遙感衛星應用的重要發展趨勢。高精度的遙感影像直接定位對衛星姿態精度提出了較高的要求。以往太空飛行器定姿使用的太陽敏感器、紅外地球敏感器和陀螺等定姿設備，已經無法完全滿足高解析度遙感衛星定姿的精度需求，而具有高精度定位能力的恆星敏感器則越來越受到青睞。目前，國外高解析度遙感衛星如IK0N0S、QuickBird等，大多將恆星敏感器作為常用的定姿手段之一，其定姿的可靠性均較高。當前國內部分較高解析度遙感衛星也開始利用恆星敏感器定姿，與國外水平相比，國內恆星敏感器定姿的可靠性較低，一個重要的原因是國內星圖識別算法識別率較低。利用恆星敏感器定姿首先要進行星圖識別，星圖識別過程如
圖1所示，將星圖上提取的恆星像點位置、亮度等信息構成一定模式，然後與已知的內部星表進行比對，識別出星圖上的恆星是內部星表中的哪幾顆恆星。恆星識別成功後，即可進行姿態解算。可以明顯看出，星圖識別是否成功關係著定姿的成敗，它是恆星敏感器定姿的核心問題，是評價恆星敏感器可靠性的主要因素之一。根據不同的比對模式，目前比較流行的星圖識別方法採用了三角形算法[Liebe, C.C.1992.Pattern Recognition of Star Constellations for SpacecraftApplications, IEEE AES Magazine.28(6):34-41.]、匹配組算法[Bezooijen，R.W.H.Van,1994.True-Sky Demonstration of an Autonomous Star Tracker.Proc.SPIE Vol.2221Space Guidance，Control and Tracking VIII，Orlando:156-168.]、柵格算法[Padgett，C.K.Kdelgad0.1997.A Grid Algorithm for Autonomous StarIdentification.1EEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,33(I):202-213.]，奇異值分解算法[Junang，Jer-Nan.，H.Y.K，John L Junkins，2003.AnEfficient and Robust Singular Value Method for Star Recognition and AttitudeDetermination.NASA/TM-212142.]，遺傳算法[Paladugu，Lalitha and B.G.W, MarcoP.Schoen,2003.Star pattern Recognition for attitude determination using geneticalgorithms.17th AIAA/USU conference on Small Satellites Logan.]和神經網絡算法[BardwelI，G.，1995.0n-board artificial neural network mult1-star identificationsystem for3~axis attitude determination，Acta Astronautica，35:753 761.]等。目前這些星圖識別算法都存在一些不足，如三角形算法存貯容量大，不利於快速計算；柵格算法對星等存在嚴重依賴，可靠性低；匹配組算法複雜，匹配速度慢；奇異值分解算法不易設定門限、遺傳算法、神經網絡算法匹配速度慢等；它們的優缺點如表I所示。
表I常見星圖識別算法比較
權利要求
1.一種基於有向環的星圖識別方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: 步驟1，預先存儲導航星表；其中: 所述導航星表包括基本星表和星對角距索引表，所述基本星表包括恆星的星號、星等、赤經、赤緯信息，所述星對角距索引表包括每個星對角距的大小以及與每個所述星對角距對應的兩顆恆星在所述基本星表中的星號，在所述星對角距索引表中，按照星對角距的大小升序排列，所述星對角距為任意兩顆恆星之間與天球中心的球心角；計算所述星對角距eiJ的公式⑴為:
2.根據權利要求1所述的基於有向環的星圖識別方法，其特徵在於，根據滿足恆星亮度和均勻性原則從原始星表中抽取所述恆星的星號、星等、赤經、赤緯信息，以獲得所述基本星表。
3.根據權利要求2所述的基於有向環的星圖識別方法，其特徵在於，所述原始星表為美國史密斯天文臺發布的SAO星表或者歐洲航天局制定的tycho-2星表。
4.根據權利要求1所述的基於有向環的星圖識別方法，其特徵在於，在所述步驟2.2中，分組對星對角距與序號的關係進行直線擬合的公式(2)如下: 在L能被N整除的情況下:
5.根據權利要求1所述的基於有向環的星圖識別方法，其特徵在於，在步驟3.4中，所述e angle的取值與單個像元所對應的視場角大小Anglepixel和星像點質心位置計算精度有關，優選的，所述e angle取值大於等於0.1 X Anglepixel,小於等於0.5 X Anglepixel。
6.根據權利要求3所述的基於有向環的星圖識別方法，其特徵在於，所述星對角距索引表還包括與星對角距對應的恆星在所述原始星表中的星等。
7.根據權利要求6所述的基於有向環的星圖識別方法，其特徵在於，所述步驟3.4進一步包括: 計算輻射狀星圖中每個星對角距所對應的兩顆恆星的星等與星對角距索引表中對應星等的差值，設定星等閾值emag，當同時滿足星對角距差值小於閾值^angl6，星等差值小於給定的星等閾值Smag時，才利用分組直線擬合在星對角距索引表中搜索得到兩個恆星星號，並將所述兩個恆星信號作為一組候選星號來進行存儲。
8.根據權利要求7所述的基於有向環的星圖識別方法，其特徵在於，所述星等閾值e mag 一般為0.2視星等。
全文摘要
本發明提出了一種基於有向環的星圖識別方法，該方法選取視場內最亮星作為基準星，通過連接基準星與相鄰星構建輻射狀星圖，採用匹配概率的方法來獲取候選基準星匹配組，再以相鄰星構建有向環模型，基於整體匹配和最長匹配鏈原則，選取最優的匹配組作為最終識別結果。與現有技術相比，本發明具有具備星圖識別成功率高、識別速度快等優點。本發明所提供的星圖識別方法可以在星像點位置誤差優於0.1pixel時，保證星圖識別成功率達到99％，識別速度達到5～10HZ。
文檔編號G01C21/02GK103148852SQ201310064949
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者謝俊峰, 唐新明, 江萬壽, 高小明, 付興科, 趙利平 申請人:國家測繪地理信息局衛星測繪應用中心