[发明专利]基于蒙特卡洛法的星敏感器全天识别星库构建方法

说明书

本发明的基于蒙特卡洛法的星敏感器全天识别星库构建方法包括：1)初始化星敏感器全天识别星库；2)采用蒙特卡洛法生成服从均匀分布的覆盖全天球的光轴指向样本；3)对第i个光轴指向样本，在其对应的天区内，在星跟踪导航星表S中查找恒星，形成集合Q_i；4)对集合Q_i，选择星模式，对各可能的星模式进行定量评价，并将组成最优星模式的角距加入星敏感器全天识别星库中；5)判断是否遍历所有步骤2)生成的光轴指向样本，若为否，i＝i+1，返回步骤3)，若为是，则结束。本发明可生成既满足全天球覆盖完备性要求且数据量小的全天识别星库。

技术领域

本发明涉及星敏感器全天识别星库构建，具体涉及一种基于蒙特卡洛法的星敏感器全天识别星库构建方法。

背景技术

星敏感器是空间飞行器GNC系统的关键部件，是基于计算机视觉测量理论研制的空间精密仪器，主要用于空间飞行器三轴姿态测量和空间飞行器导航。星敏感器通常包括光学及其精密结构系统、光电探测器、信号处理电路和软件。基于计算机视觉测量理论，以恒星稳定的光信号作为输入，星敏感器可以得到恒星在其本体坐标系内的精确位置，再由其内部星表存储的恒星基于地心惯性坐标系的位置信息，可以得到星敏感器本体相对于地心惯性坐标系的三轴姿态信息，从而得到空间飞行器本体相对于地心惯性系的三轴姿态信息。

星敏感器所具备的全天识别及姿态计算功能离不开全天识别星库的支持。全天识别星库一般由恒星角距组成，恒星角距包含三个要素(恒星1标识，恒星2标识，恒星1与恒星2角距)。全天识别星库内置于星敏感器电子学系统的存储器中。构建全天识别星库时，一方面要确保其完备性，这直接决定星敏感器全天识别的成功概率；另一方面，受星敏感器内部存储空间限制，必须在满足完备性要求的前提下，使星库数据规模尽可能减小。

宇航用高精度或甚高精度星敏感器视场一般为10°～20°，探测灵敏度为5.5m_v～6.5m_v。随着星等数值增加，恒星数量呈几何级数增长。根据20万次的全天球抽样统计，星敏感器光轴指向任意天区时，其视场内的恒星数量最少为10颗左右，最多可超过80颗，根据星敏感器全天识别的算法要求，在任意天区，角距表中至少应包含3条可构成星模式的记录才能满足识别要求。

构建全天识别星库的复杂性表现在以下几个方面：

a)需解决完备性与数据量的矛盾：若将所有角距值在视场范围内的星对纳入角距表，则可保证星库完备性，但角距表的记录数将达到百万量级，星敏感器的存储空间无法满足要求，故需在满足完备性的前提下，尽量压缩星库数据规模；

b)需考虑快速全天识别的要求：优先挑选能够组成星模式(如三角形)，且星等值最小的若干恒星组成星对纳入角距库，星敏感器软件可通过能量值排序对星点优选，从而提高识别速度，同时角距表按升序排列，可通过二分法快速查找；

c)需考虑全天识别正确率的要求：要保证星模式的质量，避免出现星模式对应的矢量组线性相关。

由于星敏感器在轨飞行期间，其光轴可能指向全天球的任意天区，因此，需保证在任意光轴指向下，全天识别星库中要有足够数量(至少3条)的角距记录组成优质的星模式用于快速、准确的完成全天识别，同时，全天识别星库的数据总量一般不大于32k字节，否则需要配置额外的存储空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于蒙特卡洛法的星敏感器全天识别星库构建方法，生成既满足全天球覆盖完备性要求且数据量小的全天识别星库。