专利名称：一种用于星敏感器的筛选导航星的方法
技术领域：
本发明属于天文导航技术领域，涉及一种用于星敏感器的筛选导航星的方法。
背景技术：
星敏感器通过星图识别，比较观测星星组和导航星星组的特征，识别观测星，确定它们在本体坐标系和惯性坐标系中的坐标，从而测量出卫星姿态，是现代航天领域中一种精度最高的卫星姿态测量仪器。星图识别是星敏感器的核心技术，建立导航星星库是识别星图的重要前提，合理选择导航星对于降低导航星星组特征相似性，提高星图识别速率和星图识别成功率，增强星敏感器抗伪星干扰能力，提高姿态测量精度有重要意义。
导航星在全天球上分布均匀时，导航星的星组特征冗余性小，星图识别稳定性高，通常以导航星分布均匀性评价优选(筛选)算法，目前的导航星优选(筛选)算法大致可以分为两大类。第一类算法以导航星在全天球的均匀分布为出发点。1998年林涛等提出的正交网格方法将单位天球投影到平面上，正交分割该投影平面，将全天球分成很多互不交叉的等面积天区，在每个天区中选取一颗恒星为导航星。由于天区长宽比随着纬度变化，导航星密度并不均勻。2004年Samaan, Malak A等提出的球面分块法(The Spherical Patchesmethod)、固定斜度螺旋线法(The Fixed-Slope Spiral method)和带电粒子法(TheCharged Particles method)等算法均分天球,每个天区长宽比与所处位置的关系不大,得到的导航星分布也更均匀。2004年发表在ELECTRONICS LETTERS第40卷第2期上的基于玻尔兹曼熵的导航星优选算法，从选定的两颗导航星出发，逐个选取其他导航星，使所有已选导航星的玻尔兹曼熵最小，该算法可以有效删除冗余星，获得均匀的全天球导航星分布。此类算法较少考虑星敏感器的视场和各个天区视场内导航星的数目，虽然可以实现导航星均匀分布，但当视场很大时，每次可观测到的导航星仍有冗余。第二类算法从导航星在局部天球上的均匀分布出发，实现在全天球上的均匀分布。2000年李立宏等提出星等加权方法，按照星等给每颗恒星赋予不同的权值，低星等的恒星有高权值，高星等的恒星有低权值，根据权值选取导航星，算法优于正交网格方法，但该算法较少考虑恒星位置，导航星分布均匀性有待提高。2002年Texas A&M大学Hye-YoungKim等提出了自组织导航星选取算法，在满足任意轴指向的视场内达到一定导航星数的前提下，根据恒星的位置关系，逐个挑选导航星，导航星分布在局部和全天球上都较均匀。2004年郑胜等提出的回归选取算法根据视场内可观测到的恒星数，基于支持向量机的方法，生成动态星等阈值，依据该阈值筛选不同天区视场内的观测星获得导航星，该方法能得到比较均匀的导航星分布，但对于有固定极限星等的星敏感器，回归选取算法得到的导航星分布仍不够均匀。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于星敏感器的适于均匀筛选出导航星的方法。本发明的基本思想是，由于星敏感器的视场内的天区只占据全天球的很小一部分，所以该视场内的天区可看成是平面区域，如果任意视场内的导航星成像的像面均匀分布，那么导航星在全天球上也近似均匀分布。这样，可以根据像面上的星像密度筛选导航星，把导航星在全天球上的分布问题转换为其星像在像面上的分布问题。在所述基本思想下，本发明提供了一种用于星敏感器的筛选导航星的方法，包括步骤一、根据星敏感器的极限星等，对全天球的原始星表作星过滤处理，即删除双星、变星和星等高于极限星等的恒星；并根据星图识别算法确定星数阈值Nth ；步骤二、所述星敏感器在当前天区视场内的剩余星的数量设为N，若N < Nth，则所述剩余星都选为导航星，执行步骤三；
Sn > Nth，则通过多尺度像面分割筛选所述当前天区视场内的导航星，其步骤如下步骤(I)将所述剩余星成像到像面，把该像面分割为行数为P、列数为q的正交网格；所述正交网格中的每个网格为一个小区；步骤(2)依次遍历各小区，检查其中的剩余星的数量，其中，若一小区剩余星的数量有多颗，则保留其中最亮的一颗星，删除其余星；同时判断此时剩余星的数量，若N < Nth,则设当前剩余星为导航星，遍历结束，执行步骤三；gN>Nth，则继续遍历；若遍历所有小区后，N仍大于Nth，则把小区当作像元，若小区内有星，则该像元的灰度值为非0，若小区内无星，则该像元的灰度值为0，遍历后的具有剩余星的相邻小区划分为连通域，计算出各连通域的质心坐标和小区数；步骤(3)选取其中小区数最多的连通域，设在该连通域中离该连通域的质心坐标最近的一颗星为冗余星；若该连通域中离质心坐标最近的星有多颗，则其中最暗的一颗星为冗余星；若小区数最多的连通域有多个，则选择这些连通域中最暗的一颗星为冗余星；删除所述冗余星；判断此时剩余星的数量，若N ( Nth，则设当前剩余星为导航星，执行步骤三；SN> Nth，则重复该步骤(3)；步骤(4)若不再有连通域后；N仍大于Nth，则所述P和q的取值都减1，重复步骤(I)至(4);直到N彡Nth;步骤三、所述当前天区视场的导航星筛选结束后，所述星敏感器转到下一方位重复步骤二以筛选导航星，直至遍历全天球。进一步，所述步骤(2)中所述若一小区剩余星的数量有多颗，则保留其中最亮的一颗星，删除其余星的方法包括在所述正交网格中预先定义三个二维数组Marray、Idarray和MAGarray ;若所述正交网格中第m行、η列的小区有至少有一颗星,则Marray [m] [n]=l,否则为零；若所述小区内有多颗星，则并用IDarray[m] [η]和MAGarray[m] [η]分别记录最亮的一颗星的星号和星等，并删除其余星。进一步，为了快速计算出所述连通域的质心坐标，所述步骤(3)中的质心坐标计算方法为
权利要求
1.一种用于星敏感器的筛选导航星的方法，包括 步骤一、根据星敏感器的极限星等，对全天球的原始星表作星过滤处理，即删除双星、变星和星等高于极限星等的恒星；并根据星图识别算法确定星数阈值Nth ； 步骤二、所述星敏感器在当前天区视场内的剩余星的数量设为N，若N < Nth,则所述剩余星都选为导航星，执行步骤三； 若N > Nth，则通过多尺度像面分割筛选所述当前天区视场内的导航星，其步骤如下 步骤(I)将所述剩余星成像到像面，把该像面分割为行数为P、列数为q的正交网格；所述正交网格中的每个网格为一个小区； 步骤(2)依次遍历各小区，检查其中的剩余星的数量，其中，若一小区剩余星的数量有多颗，则保留其中最亮的一颗星，删除其余星；同时判断此时剩余星的数量，若衫Nth,则设当前剩余星为导航星，遍历结束，执行步骤三；gN>Nth，则继续遍历；若遍历所有小区后，N仍大于Nth，则把小区当作像元，若小区内有星，则该像元的灰度值为非O，若小区内无星，则该像元的灰度值为O，遍历后的具有剩余星的相邻小区划分为连通域，计算出各连通域的质心坐标和小区数； 步骤(3)选取其中小区数最多的连通域，设在该连通域中离该连通域的质心坐标最近的一颗星为冗余星；若该连通域中离质心坐标最近的星有多颗，则其中最暗的一颗星为冗余星；若小区数最多的连通域有多个，则选择这些连通域中最暗的一颗星为冗余星；删除所述冗余星；判断此时剩余星的数量，若N<Nth，则设当前剩余星为导航星，执行步骤三；若N> Nth，则重复该步骤(3)； 步骤(4 )若不再有连通域后；N仍大于Nth，则所述P和q的取值都减I，重复步骤(I)至(4);直到N≤Nth; 步骤三、所述当前天区视场的导航星筛选结束后，所述星敏感器转到下一方位重复步骤二以筛选导航星，直至遍历全天球。
2.根据权利要求I所述的筛选导航星的方法，其特征在于所述步骤(3)中的质心坐标计算方法为
3.根据权利要求I或2所述的筛选导航星的方法，其特征在于所述P和q的初始值的比值与所述像面的行、列尺寸比相同。
全文摘要
本发明涉及一种用于星敏感器的筛选导航星的方法，包括一、根据星敏感器的极限星等，对全天球的原始星表作星过滤处理，并确定星数阈值Nth；二、所述星敏感器在当前天区视场内的剩余星的数量设为N，若N≤Nth，则所述剩余星都选为导航星，执行步骤三；若N＞Nth，则通过多尺度像面分割筛选所述当前天区视场内的导航星，三、所述当前天区视场的导航星筛选结束后，所述星敏感器转到下一方位重复步骤(二)筛选导航星，直至遍历全天球；本发明中的采用多尺度像面分割筛选的方法能适应不同天区的星数变化删除星分布高密度天区的冗余星，保留低密度天区的所有星，并且筛选的导航星分布均匀。
文档编号G01C21/02GK102840861SQ201210344509
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者吴峰, 沈为民, 朱锡芳 申请人:常州工学院, 苏州大学