[发明专利]一种基于混合粒子群算法的星图识别方法

摘要

本发明公开了一种基于混合粒子群算法的星图识别方法，包括建立导航星库和基于混合粒子群算法进行星图识别两个步骤，圆半径r通过自适应调整方法来确定，采用混合粒子群算法进行快速路径寻优。本发明提出的基于混合粒子群算法的星图识别方法解决了大视场，高灵敏度恒星敏感器条件下，星图识别率低，对噪声鲁棒性差的缺点；实现了导航星的快速匹配识别，提高了识别率，对噪声的鲁棒性更好。

主权项

一种基于混合粒子群算法的星图识别方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一：建立导航星库具体包括以下几个步骤：第一步：选取导航星，构建基本导航星表从基本星表中选取导航星，对恒星间角距小于3～5个像素的双星进行剔除，得到用于星图识别的基本导航星表，基本导航星表包含每颗导航星的编号、星等、赤经和赤纬信息；第二步：构造每颗导航星的特征数据集合针对基本导航星表中的每颗导航星，分别以每颗导航星为圆心，以半径r进行画圆，将圆内的所有导航星组成圆心导航星的特征数据集合；第三步：选取基本导航星表中的一颗导航星，获取特征数据集合中两两恒星间的角距，然后以特征数据集合中圆心处的导航星为起点，利用混合粒子群算法进行快速路径寻优，得到特征数据集合的最优路径，获取最优路径的长度，并选择最优路径中离圆心最近的导航星为最优路径的前进方向，得到最优路径中的前三颗导航星；第四步：获取最优路径中前三颗导航星的信息，即分别获取第一颗导航星、第二颗导航星和第三颗导航星所对应的赤经、赤纬信息以及星等，第一颗导航星与第二颗导航星间、第二颗导航星与第三颗导航星间、第一颗导航星与第三颗导航星间的角距信息；第一颗导航星与第二颗导航星间、第二颗导航星与第三颗导航星间的角距信息，第一颗导航星、第二颗导航星和第三颗导航星分别对应的赤经、赤纬信息，作为导航星的基本识别信息；第一颗导航星与第三颗导航星间的角距以及第一颗导航星、第二颗导航星和第三颗导航星的星等，作为星图识别的验证信息；第五步：重复第三步与第四步，获取导航星表中每一颗导航星的特征信息，特征信息包括导航星的最优路径长度、导航星的基本识别信息以及星图识别的验证信息，每颗导航星的特征信息按照最优路径长度的升序方式排列，并构成导航星库；步骤二：基于混合粒子群算法进行星图识别对于一幅星图，经过星图预处理、星体提取，得到星图中每个星点的位置坐标及灰度信息，然后进行星图匹配识别，基于混合粒子群算法的星图识别方法具体步骤如下：第一步：确定候选识别主星，选取的识别主星应具有亮度大且离视场边缘角距均大于圆半径r的特点，选取方法如下：计算星图中所有离视场边缘角距均大于圆半径r的星点的平均灰度值，然后选取灰度值大于平均灰度值的星点作为候选识别主星，得到候选识别主星集合；用户设置识别失败次数的最大值为N，设识别次数为n，n的初值设为0；第二步：进行星点快速路径寻优，在候选识别主星集合中，首先选取离视场中心第n+1近的星点作为圆心，然后以半径r进行画圆，将圆内的所有星点构成特征数据集合；计算特征数据集合中两两星点间的角距，然后以特征数据集合中圆心处的星点为起点，利用混合粒子群算法进行快速路径寻优，得到星点特征数据集合的最优路径，获取最优路径的长度，选择最优路径中离圆心最近的星点为最优路径的前进方向，得到最优路径中的前三个星点；获取最优路径中前三个星点的信息，即分别获取第一颗星点、第二颗星点和第三颗星点所对应的星等，第一颗星点与第二颗星点间的角距d12、第二颗星点与第三颗星点间的角距d23、第一颗星点与第三颗星点间的角距d13；第三步：进行星图匹配识别，根据星点的半径r，确定该星点在导航星库中对应半径r的部分，根据第二步得到的最优路径长度，采用二分查找法，查找导航星库中与该星点最优路径长度相近的导航星，并把它们作为候选识别星，然后利用第二步中得到的d12和d23与候选识别星的基本识别信息进行匹配，得到匹配结果；匹配结果为无导航星匹配、仅一颗导航星匹配或者存在多颗导航星匹配；第四步：导航星识别结果验证，将第三步得到的匹配结果进行验证，具体验证方法如下：（1）若仅一颗导航星匹配上，则利用第二步得到的角距d13与导航星的星图识别验证信息进行匹配，如果匹配上，则此幅星图识别成功，如果没有匹配上，则此次星图匹配失败，星图识别失败次数n加1；（2）若没有导航星匹配上，则此次星图匹配失败，星图识别失败次数n加1；（3）若存在多颗导航星匹配上，则利用第二步得到的角距d13与多颗导航星的星图识别验证信息进行匹配，得到进一步的匹配结果；如果无导航星匹配，则此次星图匹配失败，星图识别失败次数n加1；如果仅一颗导航星匹配，则星图识别成功；如果仍存在多颗导航星匹配，则利用第二步最优路径中第一颗星点、第二颗星点和第三颗星点分别对应的星等与星图识别的验证信息进行匹配，若无导航星匹配或仍有多颗导航星匹配，则认为此次星图匹配失败，星图识别失败次数n加1，否则此幅星图识别成功；第五步：当失败次数n小于识别失败次数最大值N时，返回步骤第二步，否则，此幅星图匹配失败，此幅星图识别结束。