[发明专利]一种基于无限维空间的用于星敏感器的仪器星等转换方法

说明书

本发明公开了一种基于无限维空间的用于星敏感器的仪器星等转换方法，该方法包括如下步骤：1)使用无限维空间中的无限维向量来描述星体光谱照度函数和波段光谱响应函数；2)通过建模分析得到上述无限维向量与各波段星等的函数关系；3)根据波段选取规则，选取最优的波段组合，并建立对应的冗余方程组；4)使用限定步长和方向的优化算法求解冗余方程组并最终得到仪器星等。本发明求解多波段星等数据的冗余方程组来计算仪器星等，可有效减小转换误差，提高转换精度。本发明提出的波段选取规则可以针对不同的仪器波段自动选取最优的数据来源波段组合，在一定程度上具有较好的普适性，可以被推广用于其他不同波段的仪器星等的转换。

技术领域

本发明涉及星敏感器的技术领域，具体涉及一种基于无限维空间的用于星敏感器的仪器星等转换方法。

背景技术

星敏感器是一种常用的姿态测量仪器。由于星敏感器的姿态测量精度很高，且和陀螺仪相比其测量误差不随时间地推移而积累，因而被广泛地应用于卫星、导弹以及飞机上。

星敏感器通过星图识别算法来确定自身姿态实现测量，而星图识别算法中导航星库的建立以及一些利用星等信息进行星图识别的算法都离不开精确的仪器星等数据。因而仪器星等的转换是星图识别算法的基础，也是其中重要的一环。在进行导航星库的建立时，第一步就是要设置星敏感器极限星等作为阈值，并从完整的星表中截取可探测亮星。传统星敏感器成像系统的光谱响应波段与人眼相近，通常直接使用视星等作为仪器星等，而不进行仪器星等的计算。直接使用视星等作为仪器星等进行星库截取会造成较大的偏差，导致星库中大量的假星以及缺失星的出现。为了减少假星以及缺失星的出现，提高星图识别算法的检索效率，提高星敏感器的更新频率，目前已有一些人进行了相关的研究，对不同的星敏感器进行了仪器星等的转换。近年来，全天时星敏感器的研究是星敏感器领域内一个重要的发展方向，因而近红外波段的CMOS图像传感器被越来越多的应用于星敏感器中，甚至一些短波红外的星敏感器也投入使用。由于这类星敏感器的光谱响应波段与视波段差距更大，如不进行仪器星等的转换，将导致生成的导航星表与真实情况出现严重的偏差，从而大大降低星图识别算法的性能甚至直接导致崩溃。

截至目前，已有一些仪器星等转换方法被提出。第一类方法为多项式拟合法。该方法首先根据其成像系统的波段范围，选择星表和几个相关的已知的波段星等。然后以诸如NGSL等某一包含星体相对光谱辐照度的星表作为子集，拟合星等色指数与仪器星等的多项式，并应用于完整星表，得到所有的星体的仪器星等。第二类方法以Li等人提出的方法为代表(Jian Li，Gangyi Wang，and Xinguo Wei.Generation of guide star catalog forstar trackers.IEEE Sensors Journal，18(11):4592–4601，2018.)。该方法认为星体光谱辐照特性可以由普朗克黑体辐射来近似，对于不同的星体，其黑体辐射温度(有效温度)不同。该方法使用普朗克黑体辐射公式建立了有效温度与Tycho星表中BV色指数的关系曲线，并根据星表中星体的实际BV色指数来得到其对应的有效温度。最后，该方法再使用普朗克黑体辐射描述的光谱照度函数与仪器的光谱响应函数积分得到仪器星等。

发明内容

本发明的目的为：传统的仪器星等转换方法，无论使用何种星表，均是通过多项式拟合来建立色指数与仪器星等间的关系，并求出仪器星等。这种方法仅能得到一种已知星等与仪器星等的近似关系表达式，而并没有对星等转换的实质进行建模分析。并且，使用多项式拟合的方法，将全部星体统一建模处理，使用同一个函数进行表达，对转换精度有一定的影响。Li等人的方法虽然不同于拟合法，但是其选取的波段范围较窄，适用范围不广，对近红外成像系统的仪器星等计算误差较大。本发明提出的一种基于无限维空间的的用于星敏感器的仪器星等转换方法既能保证转换精度又能适用于较广的仪器波段范围。

本发明采用的技术方案为：一种基于无限维空间的用于星敏感器的仪器星等转换方法，该方法包括如下步骤：

步骤(1)、使用无限维空间中的无限维向量来描述与星敏感器仪器星等计算相关的星体光谱照度函数和波段光谱响应函数；