[发明专利]一种适用于船载超大视场天文导航系统的星图识别方法

说明书

本发明公开了一种适用于船载超大视场天文导航系统的星图识别方法，对于鱼眼相机拍摄得到的星图，围绕视场中心以不同半径画10个同心圆，将视场分割成10个环形和圆形区域，且保证每个区域的面积相等；在构造导航星数据库的过程中，以星角距为特征将导航星数据库分段存储成若干个特征子库；在识别过程中，运用基于基准星的多三角形识别算法，从视场中心圆形区域开始依次向视场边缘环形区域进行识别，同时根据观测星角距快速检索导航星数据库。该方法应用于船载超大视场天文导航系统，具有良好的实时性与识别率，可以实现更高效、准确的海上天文导航。

技术领域

本发明涉及星图识别领域，尤其涉及一种适用于船载超大视场天文导航系统的星图识别方法。

背景技术

星图识别技术是将拍摄星图中的星体图像与导航星库中的参考星体进行匹配，从而识别出视场中星体的过程和方法。20世纪50年代，美国科学家Junkins最早提出了星图识别算法，几十年来，随着计算机技术的不断发展，星图识别技术也得到了极大地发展。星图识别算法主要有子图同构类算法、模式识别类算法两大类，其中子图同构类算法是以星为顶点，星与星之间角距为边，把观测星图看成是全天区星图的子图，一般从恒星的星等、相互位置及构成的几何关系出发，以星等和星间角距为主要特征，从而进行匹配识别的算法。模式识别算法是为每一个观测星体构造特殊的其他特征，比如：星点分布的概率统计量、星点图像的字符串，通过对这些特征的匹配来实现星点识别的目的。

船载超大视场天文导航系统利用鱼眼相机对星体和水天线同时成像来实现天文定位的方法。鱼眼镜头是利用仿生学原理，模拟鱼眼在水下可以观察水面上大视场空间的原理而设计的一种镜头，其焦距较短，视场可以达到甚至超过180°，因此可以实现对180°视场、360°方位内景物一次成像，鱼眼镜头具有实时获取信息、全向无盲区、信号处理简便、体积小、成本低等优点，鱼眼相机天文导航系统成像原理如图1所示。鱼眼镜头具有超大的视场角，可以同时获取全天区所有可见星体的图像，为减小系统误差、提高定位精度提供了可能；此外，鱼眼相机获取的水天线图像坐标可以解算出舰船的实施姿态，为天体高度角的观测确定了水平基准，避免了传统天文导航系统利用惯性系统确定水平基准存在的造价昂贵、结构复杂的缺点。

目前主要的星图识别算法都是针对传统小视场星敏感器而提出的，传统小视场星敏感器成像视场一般不超过30°，单幅图像获得的星点数量少，而鱼眼相机成像视场可以达到或者超过180°，单次拍摄可以获取全天区所有可见星体的图像，单幅图像的星点数据量是传统星敏感器星点数据量的几十倍，大量的星点数据使星图识别的计算量急剧增加。

传统星图识别算法虽然结构简单，原理易于实现，而应用于超大视场星图识别会存在识别速度、识别准确率降低等问题。

发明内容

本发明提供了一种适用于船载超大视场天文导航系统的星图识别方法，本发明提高了海上星图识别的准确率和效率，进而为海上高效准确天文导航的实施提供基础，详见下文描述：

一种适用于船载超大视场天文导航系统的星图识别方法，所述星图识别方法包括以下步骤：

对于鱼眼相机拍摄得到的星图，围绕视场中心以不同半径画若干个同心圆，将视场分割成若干个环形和圆形区域，且保证每个子区域的面积相等；

在构造导航星数据库的过程中，以星角距为特征将导航星数据库分段存储成若干个特征子库；

在拍摄得到的鱼眼星图的每一个子区域内，构建观测三角形，并计算三角形的星角距，并对星角距是否符合要求进行判断；

在导航星数据库快速检索的过程中，基于散列函数查找的思想，将导航星数据库按星角距大小分块存储和检索，检索过程在特征子库内进行；

在识别过程中，运用基于基准星的多三角形识别算法，从视场中心圆形区域开始依次向视场边缘环形区域进行识别，并对识别结果进行验证判断。

其中，所述构造导航星数据库具体为：