[发明专利]一种基于三角形匹配的星图识别方法、装置及系统

说明书

技术领域

本发明属于航天导航技术领域，涉及对基于三角形特征星图识别算法的改进。

背景技术

星敏感器(星敏)是一种利用拍摄的星图确定平台姿态的仪器。姿态测量是航天飞行控制的前提，对保证航天器高性能飞行、高精度观测及顺利完成各种空间任务具有重要意义。

早在1997年，Padgett C等人就提出了最初的三角形星图识别方法，利用三角形的三个角距进行匹配，观测三角形由视场中任意三颗星组成，根据该观测三角形的三个角距，与导航星库中导航三角形的三个角距进行匹配，若三对角距对应的误差在一个设定的阈值范围之内，则认为该观测三角形与导航三角形匹配。由于三角形星图识别方法是一种比较简单实用的星图识别方法，在实际工程中得到了广泛的应用。但是，传统的三角形星图识别方法存在计算量大，冗余匹配多，对噪声的鲁棒性差等缺点，而且不具备伪星剔除能力。所谓的伪星是指非恒星目标，比如人造卫星、行星、空间碎片等。

现有的专利，比如“一种基于三角形特征的星图识别方法”(发明公开号CN1796938A)。该方法不需要精确的亮度信息，而且将三角形的存储改进为角距的存储，大幅度节约了存储空间，而具有较强的容错能力，很快的搜索识别速度，但是其结果的验证需要根据初始姿态仿真生成星图，占用的资源与时间较多，实时使用难度大。针对验证问题，“快速三角形星图识别方法”(公开号CN101441082A)引入了验证环节，在三角形识别成功后，在视场内选取三角形外的一颗亮星，与三角形构成辐射状星图，在候选导航三角形存在冗余时可以用于减少冗余，在没有冗余时可以用于验证三角形识别是否正确。该专利一定程度解决了验证的问题，但是当阈值范围较大时，采用4颗星匹配依然有冗余问题存在。而且增加验证星后，计算量显著增多，限制了使用更多星来进一步剔除冗余。此外，现有算法通常未考虑伪星的情况，不具备自动的伪星剔除能力。

综上，现有的三角形匹配算法的主要问题是

1)如果视场中有伪星，即星表以外的星点(比如行星或者人造卫星、空间碎片)出现，算法难以实现伪星的剔除。

2)无论是基于遍历比对还是基于状态标识的三角形匹配，识别速度都有较大改进空间。

3)当误差阈值范围较大时，采用3个点的三角形匹配出现冗余匹配的概率大。

4)如果在三角形外增加验证星，计算量会大幅度增加，限制了验证星的数量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够剔除伪星干扰，提高三角形匹配速度，减小冗余匹配概率的星图识别方法。

本发明的技术方案是：

一种基于三角形匹配的星图识别方法，步骤如下：

(1)拍摄星图，通过图像识别找出最亮的N个星点，并确定每个星点在图中的位置；

(2)按排列组合的方式从所述N个星点中任意选出N1个星点，共计P种组合；

(3)在所述P种组合中选择一种组合，在该组合中的N1个星点中进行三角形选择，并对星点进行编号；

(4)对编号为1～3的三个星点进行三角形匹配，如果匹配成功，则得到星点1～3在星表中的K组星号，进入步骤(5)；如果匹配失败，则判断所述P种组合是否已经遍历，如果没有遍历，则在所述P种组合中重新选择一种组合，执行步骤(3)；如果已经遍历，则返回步骤(1)重新拍摄星图；

(5)利用星点4对星点1～3的K组星号进行验证，如果验证成功，则进入步骤(6)，如果不成功，则判断所述P种组合是否已经遍历，如果没有遍历，则在所述P种组合中重新选择一种组合，执行步骤(3)；如果已经遍历，则返回步骤(1)重新拍摄星图；

(6)利用星点5对星点1～4的Q组星号进行验证，如果验证成功，则进入步骤(7)，如果不成功，则判断所述P种组合是否已经遍历，如果没有遍历，则在所述P种组合中重新选择一种组合，执行步骤(3)；如果已经遍历，则返回步骤(1)重新拍摄星图；

(7)按照步骤(5)和步骤(6)，以此类推，完成利用星点N1对星点1～N1-1的星号进行验证，如果不成功，则判断所述P种组合是否已经遍历，如果没有遍历，则在所述P种组合中重新选择一种组合，执行步骤(3)；如果已经遍历，则返回步骤(1)重新拍摄星图；如果验证成功且仅剩下一组星号，则得到星点1～N1的识别结果，完成星图识别。

所述步骤(3)三角形选择具体为：

(3.1)从该组合中的N1个点中任选出3个星点形成三角形；

(3.2)计算任选出的3个星点形成的三角形的3个角距；