專利名稱：一種基于有向環(huán)的星圖識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感器姿態(tài)測量技術(shù)，特別涉及一種基于有向環(huán)的星圖識別方法，應(yīng)用于恒星敏感器定姿。
背景技術(shù)：
隨著衛(wèi)星影像分辨率的提高，衛(wèi)星影像定位精度也需要相應(yīng)地提高，以充分發(fā)揮影像高分辨率的優(yōu)勢。目前，不依賴地面控制點，直接利用衛(wèi)星的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，獲取高精度的影像定位信息已成為國內(nèi)外遙感衛(wèi)星應(yīng)用的重要發(fā)展趨勢。高精度的遙感影像直接定位對衛(wèi)星姿態(tài)精度提出了較高的要求。以往航天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(shè)備，已經(jīng)無法完全滿足高分辨率遙感衛(wèi)星定姿的精度需求，而具有高精度定位能力的恒星敏感器則越來越受到青睞。目前，國外高分辨率遙感衛(wèi)星如IK0N0S、QuickBird等，大多將恒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(dāng)前國內(nèi)部分較高分辨率遙感衛(wèi)星也開始利用恒星敏感器定姿，與國外水平相比，國內(nèi)恒星敏感器定姿的可靠性較低，一個重要的原因是國內(nèi)星圖識別算法識別率較低。利用恒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，將星圖上提取的恒星像點位置、亮度等信息構(gòu)成一定模式，然后與已知的內(nèi)部星表進行比對，識別出星圖上的恒星是內(nèi)部星表中的哪幾顆恒星。恒星識別成功后，即可進行姿態(tài)解算?？梢悦黠@看出，星圖識別是否成功關(guān)系著定姿的成敗，它是恒星敏感器定姿的核心問題，是評價恒星敏感器可靠性的主要因素之一。根據(jù)不同的比對模式，目前比較流行的星圖識別方法采用了三角形算法[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(jīng)網(wǎng)絡(luò)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，不利于快速計算；柵格算法對星等存在嚴(yán)重依賴，可靠性低；匹配組算法復(fù)雜，匹配速度慢；奇異值分解算法不易設(shè)定門限、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法匹配速度慢等；它們的優(yōu)缺點如表I所示。
表I常見星圖識別算法比較
權(quán)利要求
1.一種基于有向環(huán)的星圖識別方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟1，預(yù)先存儲導(dǎo)航星表；其中: 所述導(dǎo)航星表包括基本星表和星對角距索引表，所述基本星表包括恒星的星號、星等、赤經(jīng)、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(yīng)的兩顆恒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恒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(jù)權(quán)利要求1所述的基于有向環(huán)的星圖識別方法，其特征在于，根據(jù)滿足恒星亮度和均勻性原則從原始星表中抽取所述恒星的星號、星等、赤經(jīng)、赤緯信息，以獲得所述基本星表。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于有向環(huán)的星圖識別方法，其特征在于，所述原始星表為美國史密斯天文臺發(fā)布的SAO星表或者歐洲航天局制定的tycho-2星表。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有向環(huán)的星圖識別方法，其特征在于，在所述步驟2.2中，分組對星對角距與序號的關(guān)系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(jù)權(quán)利要求1所述的基于有向環(huán)的星圖識別方法，其特征在于，在步驟3.4中，所述e angle的取值與單個像元所對應(yīng)的視場角大小Anglepixel和星像點質(zhì)心位置計算精度有關(guān)，優(yōu)選的，所述e angle取值大于等于0.1 X Anglepixel,小于等于0.5 X Anglepixel。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于有向環(huán)的星圖識別方法，其特征在于，所述星對角距索引表還包括與星對角距對應(yīng)的恒星在所述原始星表中的星等。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于有向環(huán)的星圖識別方法，其特征在于，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(yīng)的兩顆恒星的星等與星對角距索引表中對應(yīng)星等的差值，設(shè)定星等閾值emag，當(dāng)同時滿足星對角距差值小于閾值^angl6，星等差值小于給定的星等閾值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恒星星號，并將所述兩個恒星信號作為一組候選星號來進行存儲。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于有向環(huán)的星圖識別方法，其特征在于，所述星等閾值e mag 一般為0.2視星等。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于有向環(huán)的星圖識別方法，該方法選取視場內(nèi)最亮星作為基準(zhǔn)星，通過連接基準(zhǔn)星與相鄰星構(gòu)建輻射狀星圖，采用匹配概率的方法來獲取候選基準(zhǔn)星匹配組，再以相鄰星構(gòu)建有向環(huán)模型，基于整體匹配和最長匹配鏈原則，選取最優(yōu)的匹配組作為最終識別結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有具備星圖識別成功率高、識別速度快等優(yōu)點。本發(fā)明所提供的星圖識別方法可以在星像點位置誤差優(yōu)于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(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)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(wèi)星測繪應(yīng)用中心