[发明专利]星上自然地标库优化选择策略

说明书

本发明公开一种星上自然地标库优化选择策略，涉及航天器自主导航技术领域。该方案利用层次分析法(AHP)将模型分为上下两层。上层优化模型是结合卫星过顶预测技术对地标覆盖性进行分析；下层优化模型利用N_d不变算法(DPNIA)实现对地标库的优化。本发明解决了现有技术中利用图像进行自主导航时自然地标库匹配效率不高以及星上存储空间受限的问题，从而极大地提高了基于自然地标的自主导航的实时性，并降低了星上地标库的存储空间要求，为基于自然地标的自主导航技术的应用奠定基础。

技术领域：

本发明涉及一种星上自然地标库优化选择策略，是一种结合航天器过顶预报和DPNIA算法对自然地标库进行优化选择的解决方案，属于自主导航技术领域。

背景技术：

随着在轨运行航天器数量的增加，航天器导航技术已由传统的基于雷达站的导航方式过渡到以自主导航为主导的时代。航天器自主导航技术是航天器在长时间内得不到地面测控系统支持的情况下，通过星上敏感器自主测量等方式获取必要的观测信息，再由星载处理器进行处理，不断确定和预报航天器轨道等参数，从而支持航天的自主运行的一种技术。

由于自主导航相对于传统导航方式拥有隐蔽性强、自主性高等优点，在军事上具有重要的意义，成为各国导航技术发展的主要趋势。

由于技术的飞速发展，出现了各种各样的自主导航方案。主要包括：天文导航、全球导航卫星系统、脉冲星自主导航、基于空间相对测量的联合定轨导航、量子定位导航、基于地磁场的自主导航、基于自然偏振光的自主导航等。这些自主导航方案各有利弊，例如基于“星光方向+地心矢量”的天文导航具有成本低、技术成熟和可靠性好的优点，但由于大气层的覆盖、地球边缘的亮度随高度逐渐变暗等因素使地球边缘显得模糊，事实上很难精确确定地球边缘的位置。因此，利用地球敏感器直接测量得到的地心矢量精度较低，导致该自主导航方法的精度受到限制。再例如脉冲星自主导航拥有着应用空域广阔的优点，但是由于星表误差、时间测量误差、脉冲星数以及初始位置误差等因素的影响，导航精度有待进一步提高。不同的自主导航方法，在不同的时期不同的要求下都各有其用武之地。

自然地标是具有清晰轮廓特征的地物，包括海岸线、岛屿、河流、湖泊等。自然地标由于不受国界的限制、全天候可观测和容易识别等优点，拥有着十分广阔的应用前景。

鉴于自然地标的上述优势，基于自然地标的航天器自主导航有望成为下一代新的自主导航方案。基于自然地标的自主导航就是利用地标作为参考物，利用卫星上的成像设备获取地面图像信息，并利用图像匹配技术将获取的图像与事先建立的自然地标库进行图像的匹配，当匹配成功时就可以利用地标库中地标的位置信息对航天器的轨道进行解算，从而实现航天器的自主导航。具有显著特征的自然地标的数量庞大，同时受星上存储空间的限制，不可能将所有的自然地标都存储于星上。因此，星上自然地标库优化选择具有重要意义。

发明内容：

本发明的目的是提供一种星上自然地标库优化选择策略，以解决现有技术中航天器利用自然地标库进行自主导航时匹配效率不高和星上存储空间受限的问题。

本发明采用如下技术方案：一种星上自然地标库优化选择策略，流程如下

利用层次分析法将优化模型分为上下两层；

上层优化模型：

(1)利用Google Earth搜集具有容易识别特性的自然地标，将这些地标和对应的地标经纬度信息组成原始的自然地标库；

(2)根据航天器预定轨道参数，将自然地标作为目标点利用过顶预测理论从而得到覆盖性分析结果，该结果中包括这个轨道下每个自然地标被覆盖到的次数、起始时间、终止时间和持续时间；

(3)利用MATLAB编写程序，判断原始地标库中的地标是否在覆盖分析结果中，如果不在覆盖分析结果中，则说明该地标是冗余的，反之，则说明该地标是有效的，必须保留用作下一层模型的原始数据，进行进一步的优化；