[发明专利]一种适用于高背景星图识别用的导航数据库构建方法在审

专利信息
申请号: 201310294350.9 申请日: 2013-07-15
公开(公告)号: CN104298667A 公开(公告)日: 2015-01-21
发明(设计)人: 张惟;闫飞;马杰;田金文;孙吉福;王才喜 申请(专利权)人: 中国航天科工集团第三研究院第八三五八研究所
主分类号: G06F17/30 分类号: G06F17/30;G01C21/02
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 300308 天津*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 一种 适用于 背景 星图 识别 导航 数据库 构建 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及导航数据库构建技术领域,具体涉及一种适用于高背景星图识别用的导航数据库构建方法。

背景技术

星敏感器是一种高精度姿态敏感器,其通过对恒星的成像和识别,获得视轴指向的惯性姿态角或四元数。导航星是星图识别和姿态解算的基本参考数据,导航数据库的构建与识别算法紧密相关,并直接影响图像识别算法的性能和姿态解算的精度。

现有星敏感器多用于卫星平台,其应用环境具有暗背景、干扰杂光少、可观测恒星资源丰富、相机观测视场大等特点。该条件下的导航星选取多采用星等阈值过滤法、星等加权法等、正交网格法等,这类方法简单易实现,缺点是所选恒星未考虑星间角距,分布不均匀,易造成局部区域的特征冗余或特征空洞。导航三角形生成方法多以主星为基准,在一定范围内寻找其他两颗星,构成三角形,要求在样本无穷大时才可得到最优结果,这类方法获得的三角形同样存在分布不均匀的特点,当导航星增加时,导航三角形的数量也随之激增。

将星敏感器用于高背景环境下,需要克服背景光强、干扰杂光多、星点信噪比低等问题。针对上述问题,设计采用近红外探测波段的小视场(5.86°×5.86°方形)高灵敏度CCD相机ICCD作为星敏感器的光学成像系统,在此基础上选取和构建可供图像匹配和姿态解算参考用的导航星和导航数据库面临如下问题:(1)探测星等高,暗星多,若不加筛选,导航星和导航三角形构成的数据库容量激增,无法实现工程应用;(2)视场小,亮星少,可供星图匹配用的导航三角形不易选取;(3)近红外波段探测,需要对星等做仪器星等修正,以满足实际观测的需求;(4)ICCD成像背景噪声大,且呈非高斯分布,星点成像能量不稳定,为导航星的选取增加难度。

现有的导航星和导航三角形选取方法已无法解决上述问题,需要设计数量适中,均匀性好、冗余度小、适合工程应用、并且通用性强的导航星和导航三角形选取方法,以及在此基础上进行构建导航数据库的方式。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是:克服现有方法的不足,针对应用于高背景条件下星敏感器的成像特点,提供一种与三角形星图识别算法相适应的导航数据库构建方法,该方法能够获得在天球上位置和能量都尽可能均匀分布的导航星和导航三角形。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题,本发明提供了一种适用于高背景星图识别用的导航数据库构建方法,包括以下步骤:

S1、选取导航星;

S2、选取导航三角形;

S3、根据所选取的导航星和导航三角形生成导航数据库;

其中,步骤S1的选取方法包括下列步骤:

S11、选择能够覆盖全天球的恒星星表star_data0,并将所述恒星星表中的星等经过仪器星等修正,将其中的恒星的位置经过历元转换和大气修正后,由此得到所述恒星星表star_data0;

S12、根据星敏感器探测极限和星图识别方法的要求设置星等阈值,保留所述恒星星表star_data0中星等小于或等于所述星等阈值的恒星数据,由此得到恒星星表star_dataV;

S13、去除所述恒星星表star_dataV中的变星和双星中的暗星,由此得到恒星星表star_dataVD;

S14、生成在单位球面上均匀分布的视轴位置,得到视轴集合VisAxArr{vaxis(i),i=0,...Nva},Nva为正整数;

S15、按如下方式选取候选导航星:首先在单位球面上,以集合VisAxArr中的任一视轴vaxis(i)为中心、半径η画球面圆,η的值由全天球随机视场大小决定;然后将所述恒星星表star_dataVD中的恒星在各个球面圆内投影;最后对所述恒星星表star_dataVD中的恒星按照预设规则进行筛选,去除重复数据,将筛选后剩下的恒星构成候选导航星数据集合GStar_Cadata;

S16、对所述候选导航星数据集合GStar_Cadata在全天球随机视场内的分布重新做统计,对于全天球随机视场内恒星数量≤4的区域,从所述恒星星表star_dataVD中选择能量排序靠前预设数量的恒星,手动添加到所述候选导航星数据集合GStar_Cadata中,直至全天球随机视场内的恒星数>4,由此得到导航星数据集合GStar_data;

步骤S2的选取方法包括下列步骤:

S21、定义导航三角形的构建条件:

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