专利名称：一种星敏感器快速星图识别方法
技术领域：
本发明涉及空间科学，具体说就是一种星敏感器快速星图识别方法。 背景技术：
星图识别的研究始于1969年，在阿波罗航天任务15、16、17中，用激光高度计 (Laser altimeter)测量月亮的轮廓，星敏感器用于确定激光束的指向。在星敏感器工作过 程中，需要在地面处理星相机拍摄的数万张星图照片(Mar Images)，用人工方法处理数万 张星图是非常困难的，这项任务导致了 Junkins等人设计一般意义上的机载(on-board)星 图识别方法。早期的星图识别算法主要有直接匹配法(Direct Match Technique)、角距匹 配法(Angular Separation MatchTechnique)、相位匹配法(Phase Match Technique)禾口离 散姿态变动法(Discrete Attitude Variation Technique)等。Van Bezooi jen 针对 AST 提出了 一种主星识别法，它是一种全自主星图识别方法。在观测星中选一颗星作为主星，其 余星为伴随星。根据一定的角距门限，在导航星表中匹配主星与伴随星间的角距，然后进行 亮度等级匹配，如果识别成功，则结束识别过程，否则再选下一颗星作主星，直到识别成功。 该算法基本上不需要重复匹配，而且适用于全天星图识别，识别速度快，识别率高，但存在 一些缺陷，当有许多颗星等相近的亮星同时出现在视域内时，识别率严重降低。1988年，Kosik对恒星识别算法进行了分类和比较，他主要研究了多边形匹配法 (Polygon Match)、极点法(Pole technique)、多边形角匹配法(Polygon Angular Match) 和方位-角-星(Orientation-Angle-Magnitude)。Padgett通过大量研究子图同构方法 中的三角形算法CTriangle Algorithm)、匹配组算法(MatchGroup Algorithm)和模式识别 方法中的网格算法(GridAlgorithm)。Padgett指出对于小视场的星跟踪器而言，模式识别 方法较为优越。同年Mortari提出采用k-vector方法来进行星图识别。为了降低由于星 等不确定性带来的误识别，该算法只采用星对角距来识别。2002年，Accaro研究了不依赖恒星亮度信息的三角形星图识别算法。2003年， Juang等提出了一种鲁棒的星图识别方法，并用夜晚星图对该方法进行了验证。该方法以星 模式矢量(Mar PatternVector)矩阵的奇异值作为识别特征。除了以上提高的几种算法外，许多学者还提出了一些其他很有意义的算法， 如kholl提出了一种基于混合特征的“六特征”(six-feature)全天球星图识别算法， Brdwell提出了一种基于领域几何分布特征的算法，Udomkesmalee提出了一种利用后验概 率的预测估计方法，近年来，人工智能也在星图识别算法中得到广泛的应用。以上的星图识别算法过程是(如图)首先扫描整幅星图来提取观测星的星像坐 标，然后利用全天球的恒星来识别这些观测星对。因此，采用当前的识别算法很难进一步降 低识别时间和提高识别率。星图识别的目的是建立观测星模式与导航星模式的对应关系，由于导航星模式很 多、多种不确定性的存在以及实时性的要求，这种对应关系很难建立。在理想情况下，这种 对应关系应该是唯一的。但由于一幅星图中所包含的星像信息并不多，这样星图与星图之间在几何形状上存在着一定程度的相似性，特别是当识别过程中模式的构成方式比较简单 时，这种相似性将更为明显。再加上星象数据的不确定性以及虚假目标的影响，导致识别结 果在某些情况下不是唯一的，即存在出现歧义匹配的可能性。这种歧义匹配的存在，加剧了 星图识别过程的复杂性。为了降低歧义匹配的可能性，许多识别过程不得不对匹配结果进 行再次确认，或采取比较的方法，将所有可能的匹配都找出来，并以匹配误差和最小的匹配 星图作为最终的识别结果。这两种方法，前者是以识别时间的延长为代价，而后者是以识别 成功率的降低为代价的。因此，星图识别是件困难而复杂的工作。识别率和识别时间是衡 量星敏感器星图识别方法的重要指标。目前大部分学者提出各种全天球星图识别算法或者 改进各种全天球星图识别算法来完善这些指标。这些算法虽然从某种程度上降低了识别时 间，但是由于全天球星图识别前，必须从整幅星图中提取星像坐标，而提取星像坐标占了整 个全天球星图识别模式的绝大部分时间。随着像平面的面阵增大，每次提取星像坐标过程 的时间增加。然而宽视场、大面阵的像平面是新一代星敏感器的发展趋势。所以完全采用 传统的方法来降低识别时间和提高识别率必然受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种避免全天球搜索、减少识别时间、提高识别率的星敏 感器快速星图识别方法。本发明的目的是这样实现的步骤如下步骤一获得一幅完整星图的同时，利用陀螺组合系统获取当前星敏感器的粗姿 态；步骤二 星敏感器利用粗姿态从星表中搜索视场内所有恒星，并利用以下公式 ⑴和公式(2)计算视场内所有恒星在像平面内的可能位置；
权利要求
1. 一种星敏感器快速星图识别方法，其特征在于步骤如下 步骤一获得一幅完整星图的同时，利用陀螺组合系统获取当前星敏感器的粗姿态； 步骤二 星敏感器利用粗姿态从星表中搜索视场内所有恒星，并利用以下公式(1)和 公式( 计算视场内所有恒星在像平面内的可能位置；cos δ sin(a - A)χ =---sin 5 sin D + cos δ cos D cos(a - A)sin δ cos D 一 cos δ sin D cos(a — A)y 二-sin 5 sin D + cos δ cos D cos(a - A)(1)xf = xcos θ -ysin θ (2) jf = xsin θ +ycos θ其中A，D是理想坐标系中心即光轴指向在天球坐标系的指向； θ星敏感器的滚动角； 这些都可以通过已知恒星信息来计算得到； χ'，y'是计算未知恒星在子星图中的理想星像坐标； α,δ是未知恒星在天球坐标系中的赤经和赤纬；步骤三扫描以这些位置为中心的星图小区域，提取相应的观测星星像坐标；步骤四利用视场内所有恒星，对提取的观测星进行识别；步骤五把识别结果发送给姿态计算模块计算当前星敏感器的姿态。
全文摘要
本发明提供一种避免全天球搜索、减少识别时间、提高识别率的星敏感器快速星图识别方法。步骤包括获得一幅完整星图的同时，利用陀螺组合系统获取当前星敏感器的粗姿态；星敏感器利用粗姿态从星表中搜索视场内所有恒星，计算视场内所有恒星在像平面内的可能位置；扫描以这些位置为中心的星图小区域，提取相应的观测星星像坐标；利用视场内所有恒星，对提取的观测星进行识别；把识别结果发送给姿态计算模块计算当前星敏感器的姿态。本发明利用传感器信息预测星敏感器视场内可能的恒星，从星图中提取观测星星像坐标时，只需要扫描星图中可能位置范围，避免扫描整个星图的过程；避免了全天球搜索，从而减少了识别时间，提高了识别率。
文档编号G01C21/02GK102128623SQ201010571249
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者李清华, 李葆华, 温奇咏, 陈希军 申请人:哈尔滨工业大学