[发明专利]基于星光矢量的无陀螺角速度测量方法

摘要

基于星光矢量的无陀螺角速度测量方法，涉及天文导航技术领域，解决现有测量方法存在严重依赖于有效姿态测量、数据处理过程复杂，且现有星光导航设备的稳定数据更新率相较于陀螺数据更新率低等问题，本发明在时刻t星图中选出距离图像中心最近的三颗星像点构成三角形模板，并在时刻t+Δt星图中寻找与之匹配的三角形，依据三角形对应关系估算两拍摄时刻星图姿态变化矩阵由姿态变化矩阵精确匹配两拍摄时刻星图中的其他星像点，并由此计算两拍摄时刻高精度姿态角变化，本发明简化了复杂的数据处理过程，具有不依赖于外界信息自主为载体提供高数据更新率的角速度信息的特点。

主权项

1.基于星光矢量的无陀螺角速度测量方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：步骤一、计算t时刻拍摄的星图中所有星像点距离图像中心的平面距离，选出距离图像中心最近的三颗星像点构成三角形模板，计算并记录由三边长度组成所述三角形模板的匹配特征；步骤二、计算t+Δt时刻拍摄的星图中所有星像点两两之间的平面距离d_i,j，根据三角形全等判定原则中的“边‑边‑边”全等原则计算t+Δt时刻星图中与步骤一所述的三角形模板匹配的三角形，即完成图像的粗匹配；所述粗匹配的具体过程为：建立四个二维数组，分别是数组A[N][k]和数组B_k[N][4]，N为t+Δt时刻星图中提取的星像点数目，k为三角形模板边长序号，k＝1,2,3；数组A[N][k]为计数数组，数组B_k[N][4]对应三角形模板三条边，记录星像点序号i,j…；将t+Δt时刻拍摄的星图中所有星像点两两之间的平面距离d_i,j按由小及大的顺序排列，并分别与步骤一中三角形模板的匹配特征D_m,n按|d_i,j‑D_m,n|≤δ_d进行比较，δ_d为匹配门限；提取符合匹配门限的星对，分别在计数数组中计数A[N][k]，并将星像点序号记录在数组B_k[N][4]中，遍历t+Δt时刻星图中星像点数目，实现与t时刻星图中三角形模板的粗匹配；步骤三、根据步骤二中完成图像的粗匹配结果，采用公式获得估算的t时刻和t+Δt时刻星图间姿态变化矩阵其中，V_i,t为t时刻拍摄星图中的星像矢量，V_i,t+Δt为t+Δt时刻拍摄星图中的星像矢量；步骤四、采用步骤三估算获得星图间姿态变化矩阵将t时刻星图中所有星像点位置(x_i，yi)_t根据星图间姿态变化矩阵预测t+Δt时刻星图中星像点位置(x_i，y_i)_t′_+Δt，将所述预测t+Δt时刻星图中星像点位置(x_i，y_i)_t′_+Δt与t+Δt时刻实际提取的星像点位置(x_i，y_i)_t+Δt按窗口匹配的方式进行匹配识别，建立对应关系；所述窗口匹配的具体方式为：δ_x、δ_y为图像坐标x方向和y方向的容差门限；步骤五、根据步骤四匹配识别建立的对应关系，采用公式得到精算的t时刻和t+Δt时刻星图间姿态变化矩阵获得连续t时刻和t+Δt时刻的姿态角变化；实现基于星光矢量的角速度测量。