专利名称：一种三角形星图识别方法
技术领域：
本发明属于航天器导航、制导与控制领域，具体涉及一种三角形星图识别方法。
背景技术：
星敏感器是天文导航系统中一个重要的组成部分，星图识别方法是星敏感器的核 心算法，通过星图识别，可以快速准确获得载体的姿态信息，因此，研究一种识别速度快、识 别准确率高的全天自主星图识别方法具有重要的理论和现实意义。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。对传统三角形识别方法的改进一般从以下几个方面来考虑一是限定三角形的数 量、减少星表的容量，提高匹配效率，这可以通过导航星(主星)的选取方法来实现；二是对 星表的结构进行改造，如增加多维索引，缩短搜索时间；三是利用粗姿态缩小搜索范围。而 这些方面的改进都没有减少三角形匹配所需的比较次数，为识别一个观测三角形，必须要 经过三次以上比较才能判断两个三角形是否匹配。文献1 张磊，何昕，魏仲慧等.三角形 星图识别算法的改进[J].光学精密工程，2010，Vol. 18(2) :458-462中提出了一种改进的 三角形星图识别方法，首先将满足三边判决门限的导航星对记录到匹配数组，然后对导航 星出现的次数进行计数，利用三角形三边之间两两相交的相关性，将导航星出现次数小于2 的星等作为整体提出，然后在余下的导航星对中寻找与观测三角形同构的三角形。该方法 减少了识别过程中特征量比较的次数，提高了识别速度，增加了识别成功率，但是无法减少 冗余匹配。文献2:孙晓雄，王宏力，陆敬辉.一种基于星三角形的星图识别算法[J].传感 器与微系统，2009，Vol. 28 (12) :8-10中提出了一种基于星三角形的星图识别方法，根据星 三角形构造其对应的模式向量，按照三角形周长进行升序排列，并构造辅助向量，通过分析 三角形方法产生误匹配或冗余匹配的主要原因，根据估计最大位置误差建立相近模式向量 表来提高识别成功率。但当位置噪声超过估计最大位置误差范围以外时，本方法识别率不 尚ο
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种三角形星图识别方法，解决了传统 的三角形星图识别方法存在的对噪声的鲁棒性差、冗余匹配多、识别率低的问题。本发明提 出的三角形星图识别方法显著的加快了导航数据库搜索的速度，降低了冗余匹配，对噪声 的鲁棒性更好，识别率大大提高。本发明提出一种三角形星图识别方法，具体包括以下几个步骤
步骤一建立导航数据库(1)构造特征三角形；在基本星库中，选择其中任意一颗恒星作为主星，并在距离该主星半径范围r内， 选择距离主星最近的两颗恒星作为近邻星A和近邻星B，r满足br < r彡pr，其中br为距 离主星半径范围的最小值，pr为距离主星半径范围的最大值，且pr彡1. 5rmax，rmax为星敏感 器的视场半径。将其中距离主星最近的恒星作为近邻星A，距离主星第二近的星作为近邻星 B。由主星、近邻星A和近邻星B构造特征三角形。(2)构造平面单位法向量；计算特征三角形的三个角距，分别为R01、R02和R03。其中R01为主星与近邻星A 之间的角距，R02为主星与近邻星B之间的角距，R02为近邻星A与近邻星B之间的角距。在 任意空间三维直角坐标系中，以角距R01作为χ坐标值，形成空间点A，坐标为(R01，O，O)，以 角距R02作为y坐标值，形成空间点B，坐标为(O，R02，0)，以角距R03作为ζ坐标值，形成空 间点C，坐标为(0，0，R0 3)，则由空间点A、空间点B和空间点C可组成一个平面，计算该平面 单位法向量相对于坐标原点的终点坐标为N = (xn, yn, ζη)τ。(3)重复步骤(1) ( 的过程，直至基本星库中每一颗恒星作为主星均构建出该 主星的特征三角形及平面单位法向量相对于坐标原点的终点坐标后终止。(4)将基本星库中的所有主星信息存储在导航数据库中，形成主星表。将所有的主 星所对应的特征三角形在构建时对应的三颗恒星的编号和三个角距存储在导航数据库中， 形成特征三角形表。(5)求解最优投影主轴；(A)形成空间点集根据每颗主星构造的特征三角形和对应的平面单位法向量相对于坐标原点的终 点坐标，将所有平面单位法向量相对于坐标原点的终点坐标视作三维空间中的多个空间 点，形成一个空间点集。(B)计算最优投影主轴设最优投影主轴为H = Lh1, h2，ti3]T，设第i颗主星所对应的第i个平面单位法向 量在空间点集中所对应的空间点的坐标为Ni = (xi; Zi)T，相应的投影点的坐标为Pi = HTNi;则空间点集中所有空间点的投影点P的均值戶和方差D(P)分别为
权利要求
1. 一种三角形星图识别方法，其特征在于包括以下几个步骤步骤一建立导航数据库(1)构造特征三角形；在基本星库中，选择其中任意一颗恒星作为主星，并在距离该主星半径范围r内，选择 距离主星最近的两颗恒星作为近邻星A和近邻星B，由主星、近邻星A和近邻星B构造特征 三角形；其中r满足br < r彡pr,br为距离主星半径范围的最小值，pr为距离主星半径范 围的最大值，且pr彡1. 5rfflax, rfflax为星敏感器的视场半径；(2)构造平面单位法向量；计算特征三角形的三个角距，分别为R01、R02和R03 ；其中R01为主星与近邻星A之间 的角距，R02为主星与近邻星B之间的角距，R02为近邻星A与近邻星B之间的角距；在任意 空间三维直角坐标系中，以角距R01作为χ坐标值，形成空间点A(R01，O，O)，以角距R02作 为y坐标值，形成空间点B(0，R02，0)，以角距R03作为ζ坐标值，形成空间点C(0，0，R03), 则由空间点A、空间点B和空间点C组成一个平面，计算该平面的平面单位法向量相对于坐 标原点的终点坐标为N = (xn, yn，zn)τ ；(3)重复步骤(1) ( 的过程，直至基本星库中每一颗恒星作为主星均构建出特征三 角形及计算其平面单位法向量相对于坐标原点的终点坐标后终止；(4)将基本星库中的所有主星的信息存储在导航数据库中，形成主星表，包括每颗主星 在基本星表中的编号、星等、赤经和赤纬；将所有的主星所对应的特征三角形的三颗恒星的 编号和三个角距存储在导航数据库中，形成特征三角形表；(5)求解最优投影主轴；A 形成空间点集根据每颗主星构造的特征三角形和对应的平面单位法向量相对于坐标原点的终点坐 标，将所有平面单位法向量相对于坐标原点的终点坐标视作三维空间中的多个空间点，形 成一个空间点集；B 计算最优投影主轴设最优投影主轴为η = Lh1, h2，tgT，设第i颗主星所对应的第i个平面单位法向量在 空间点集中所对应的空间点坐标为Ni = (Xi, Yi, Zi)T，相应的投影点的坐标为Pi = HTNi，则 空间点集中所有空间点的投影点P的均值 和方差D(P)分别为
2.根据权利要求1所述的一种三角形星图识别方法，其特征在于所述的半径范围r 内，如果距主星最近和第二近的恒星都只有1颗，则选择最近的一颗恒星作为近邻星A，第 二近的恒星作为近邻星B。
3.根据权利要求1所述的一种三角形星图识别方法，其特征在于所述的主星半径范 围r内，如果距主星距离最近的且距离相等的恒星有2颗以上，则从中任选两颗恒星作为近邻星A和近邻星B。
4.根据权利要求1所述的一种三角形星图识别方法，其特征在于所述的主星半径范 围r内，如果距主星最近的恒星有1颗，距主星第二近且距离相等的恒星有2颗以上，则距 主星第二近的恒星中任选1颗作为近邻星B。
5.根据权利要求1所述的一种三角形星图识别方法，其特征在于所述的主星半径范 围r内，选择得到的近邻星的个数小于2，则在星敏感器的视场范围之内，扩大半径范围r的 寻找面积，直至能找到满足条件的主星的近邻星A和近邻星B。
6.根据权利要求1所述的一种三角形星图识别方法，其特征在于所述基本星库由SAO 星表中星等小于等于6. 5的所有恒星构成。
7.根据权利要求1 6中任意一项权利要求所述的一种三角形星图识别方法，其特征 在于所述的星敏感器的视场角为12° X12°，则星敏感器的视场半径rmax为6°，r满足 1. 5° < r < 9°。
全文摘要
本发明公开了一种三角形星图识别方法，属于航天器导航、制导与控制领域，所述方法包括以下几个步骤步骤一建立导航数据库，包括构造特征三角形、计算平面单位法向量、求解最优投影主轴与投影点值、星等归一化；步骤二形成观测三角形；步骤三在导航数据库中寻找与观测三角形最匹配的特征三角形，利用分级检索的方式，依次对投影点值分块索引表、特征三角形表和星等归一化表进行检索，最终完成对观测三角形的匹配。本发明提出的三角形星图识别方法解决了传统的三角形星图识别方法存在的对噪声的鲁棒性差、冗余匹配多、识别率低的缺点；显著加快了导航数据库的搜索速度，降低了冗余匹配，提高了识别率，对噪声的鲁棒性更好。
文档编号G01C21/24GK102072730SQ20101053147
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者伍玲玲, 杨静 申请人:北京航空航天大学