基于周长特征的暗星自主识别方法技术

本发明专利技术涉及一种基于周长特征的暗星自主识别方法，包括以下步骤：一、根据基本星表，采用星等阈值法构建导航星表。采用重叠球矩法将全天球划分成若干局部重叠天区，找出每个重叠天区中最亮的两颗星作为主星对，其余星作为辅助星构建三角形周长特征库，对生成的特征库按周长大小构造散列函数，进行分段存储。二、读入导航星表和导航特征库，星图提取结果按灰度值大小降序排列，以最亮的两颗星为主星对，其余星为辅助星，构造以主星对为公共边的观测三角形，计算三角形周长和以主星为公共点的三角形两边长。本发明专利技术大大减少了特征三角形的数量，相对传统基于星角距的三角形识别算法，减少了星角距比较次数，提高了识别速度。

Self identification method of dark stars based on perimeter features

The invention relates to a self recognition method based on the characteristics of the dark star perimeter, which comprises the following steps: first, according to the basic construction of the navigation catalogue catalogue, magnitude threshold method. The ball will overlap moment method the celestial sphere is divided into several overlapping area, find the two brightest star in the sky as the ruler of each overlapping, the rest stars as the building perimeter of triangle feature library assistant star feature library to generate hash function constructed according to the perimeter of the storage section. Two, read the navigation catalogue and navigation feature library, star extraction results according to the gray scale value in descending order, with two of the brightest star for the rest of the star as the auxiliary ruler, ruler of star, constructed public edge observation triangle, triangle perimeter and the ruler is to calculate the two sides of a triangle common point length. The invention can greatly reduce the number of feature triangle, compared with the traditional triangle identification algorithm based on the angular distance of stars, reduce the angular distance of stars comparison times, improve the speed of recognition.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于周长特征的暗星自主识别方法，属于天文导航领域。
技术介绍
星敏感器是目前已知精度最高的载体姿态敏感器。星敏感器通过测量恒星指向来解算载体的姿态。星图识别是星敏感器的关键技术，快速性和鲁棒性一直是对其评价的重要指标。典型的星图识别算法主要有三角形及其改进算法(主星算法、金字塔算法等)和栅格算法。星表尺寸较小时，这些算法具有很好的鲁棒性，而当星敏感器视场(Filed of View，FOV)较小、极限探测星等较高时，星表尺寸将急剧增加，相关算法的局限性将会显现，如三角形算法特征维数低，导航星数量的增加将导致特征库的容量急剧增加，从而容易出现误匹配或冗余匹配；采用矢量内积作为特征值的金字塔算法，在小角距范围内区分度欠佳；栅格算法在星体数目较少而伪星较多时存在稳健性下降的问题；主星识别算法在视场中出现许多星等相近的亮星时，识别成功率将会严重降低。工程上有时为了追求更高的姿态测量精度，需要星敏感器具有较小的视场和更暗的星等探测能力，此时需要解决暗星情况下的星图识别问题。解决暗星星图识别算法有两种技术途径：一是局部天区辅助识别。二是对现有算法的改进。局部天区辅助识别利用辅助系统(如惯性导航系统)提供的相关测量信息确定星敏感器的粗指向，构建局部导航特征三角形，在此基础上采用现有星图识别算法进行识别。局部天区辅助识别的主要不足是识别过程严重依赖外部信息，丧失星敏感器的自主性。算法改进方面，小视场暗星的星图识别方面文献不多，李辉对金字塔算法进行了改进，采用矢量外积作为匹配特征值，实现了8Mv极限星等的星图识别(视场2.32°×1.73°)，该算法的不足是以两星的矢量外积作为匹配特征，每个三角形的识别仍需进行三次搜索，另外，为了减少特征库的容量，设定了一个最小临界星角距，在这一角距范围内只保留一颗最亮星体，因而可能会出现观测星不能识别的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种基于周长特征的暗星自主识别方法，以解决小视场暗星星图识别时的匹配速度慢、冗余匹配多等问题。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于周长特征的暗星自主识别方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、导航星特征库的构建A、导航星的筛选⑴采用星等阈值法值剔除基本星表中大于星敏感器极限探测星的恒星；⑵双星处理当两颗恒星间的星角距小于弥散斑时，将双星当作一颗星来处理，并对恒星赤经、赤纬及星等进行合成，则合成后的恒星赤经α、赤纬δ及星等m分别为： α = ( α 1 + α 2 ) / 2 δ = ( δ 1 + δ 2 ) / 2 m = m 2 - 2.5 l n ( 1 + e ( m 2 - m 1 ) / 2.5 ) ]]>其中，弥散斑大小在3×3～5×5像元之间，(α1，δ1)和(α2，δ2)分别为两颗恒星的赤经和赤纬，m1和m2分别为两颗恒星的星等；⑶导航星表的生成对选定的恒星重新编号，并将每个恒星的星表号、赤经、赤纬和星等进行存储；B、导航特征库的构建结合主星算法构建特征三角形：以视场中的最亮星与次亮星作为主星对，其余星作为辅助星，分别与主星对构成特征三角形，每个特征三角形包括：主星星号、次星星号、辅助星星号、主星与次星间星角距、主星与辅助星间星角距和三角形周长这些数据，⑴分区星表的构建采用重叠球矩法将整个天球分割成若干个局部重叠天区，球矩大小应满足如下条件： C α ∈ ( α 0 - R / c o s δ 0 , α 0 + R / c o s δ 0 ) C δ ∈ ( δ 0 - R , δ 0 + R ) ]]>式中，Cα、Cδ分别为赤经范围与赤纬范围，α0、δ0为星敏感器视轴指本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于周长特征的暗星自主识别方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一、导航星特征库的构建A、导航星的筛选⑴采用星等阈值法值剔除基本星表中大于星敏感器极限探测星的恒星；⑵双星处理当两颗恒星间的星角距小于弥散斑时，将双星当作一颗星来处理，并对恒星赤经 、赤纬及星等进行合成，则合成后的恒星赤经、赤纬及星等分别为：其中，弥散斑大小在3×3～5×5像元之间，（，）和（，）分别为两颗恒星的赤经和赤纬，和分别为两颗恒星的星等；⑶ 导航星表的生成对选定的恒星重新编号，并将每个恒星的星表号、赤经、赤纬和星等进行存储；B、导航特征库的构建结合主星算法构建特征三角形：以视场中的最亮星与次亮星作为主星对，其余星作为辅助星，分别与主星对构成特征三角形，每个特征三角形包括：主星星号、次星星号、辅助星星号、主星与次星间星角距、主星与辅助星间星角距和三角形周长这些数据，⑴ 分区星表的构建采用重叠球矩法将整个天球分割成若干个局部重叠天区，球矩大小应满足如下条件：式中，、分别为赤经范围与赤纬范围，、为星敏感器视轴指向，为视场半径，计算球矩大小时需对过零处理，赤纬最大值、最小值分别设为90°和‑90°，建立分区星表时，以星敏感器视轴为中心，计算球矩大小，将球矩内的所有恒星按星等升序排列，并存储到以分区号为文件名的文本文件中，分区索引号的计算公式如下所示，⑵ 特征库的建立读取分区星表，以选定的主星对分别与其它恒星构建特征三角形，读取相关星表号、赤经、赤纬和星等信息，则根据下式计算相关星角距，式中，“”为矢量点积运算符；“”为的范数，和分别为恒星、的参考矢量，构建特征三角形时，星角距应满足如下条件：式中，为弥散斑所对应的角度，若三角形的三条边均满足如上星角距限制条件，则按照导航特征数据结构存储该三角形；⑶ 周长散列特征库的构建判断所有主星是否计算完毕，否则重复⑵，是则对所有特征三角形按照周长大小分块存储，子块编号按下式构造散列函数：（1）式中，为三角形周长，为分块总数；步骤二、星图识别⑴ 初始化：读入导航星表、导航三角形特征库，设置星敏感器参数和星角距匹配门限参数；⑵ 对星图提取数据进行编号，并按灰度值降序排列；⑶ 判断是否存在3颗以上观测星，小于3颗则不能识别；⑷ 若观测星数为3，则按灰度值确定主星对与辅助星，构建观测三角形，计算观测三角形的对应星角距和周长，根据式（1）定位子块编号，在该子块中搜索以主星为顶点的两个星角距是否存在唯一满足下式（2）的三角形，是则将匹配结果存入识别矩阵中，其中第个元素表示星点的星表号，识别失败时则该元素置0；(2)式中，A、B、C分别为主星、次星及辅星，表示的绝对值；⑸ 若观测星大于3颗，则分别以星点1、2、3和星点1、2、4构建两个观测三角形，并按步骤⑷分别进行识别，若两个观测三角形存在唯一相同的主星对匹配结果，则匹配成功，将前4颗星的匹配结果存入识别矩阵中，然后根据已匹配观测星对星图中其它恒星进行投影识别，并利用观测星角距对识别结果进行验证；若两个观测三角形没有唯一匹配结果，则剔除星点3或星点4，读入下一颗星继续识别；⑹ 判断该帧星图是否识别完毕，否则转⑸，是则根据识别矩阵和导航星表确定观测星的各个参数，转入下一帧星图识别，直至整个识别任务完毕。...

【技术特征摘要】
1.一种基于周长特征的暗星自主识别方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一、导航星特征库的构建A、导航星的筛选⑴采用星等阈值法值剔除基本星表中大于星敏感器极限探测星的恒星；⑵双星处理当两颗恒星间的星角距小于弥散斑时，将双星当作一颗星来处理，并对恒星赤经 、赤纬及星等进行合成，则合成后的恒星赤经、赤纬及星等分别为：其中，弥散斑大小在3×3～5×5像元之间，（，）和（，）分别为两颗恒星的赤经和赤纬，和分别为两颗恒星的星等；⑶ 导航星表的生成对选定的恒星重新编号，并将每个恒星的星表号、赤经、赤纬和星等进行存储；B、导航特征库的构建结合主星算法构建特征三角形：以视场中的最亮星与次亮星作为主星对，其余星作为辅助星，分别与主星对构成特征三角形，每个特征三角形包括：主星星号、次星星号、辅助星星号、主星与次星间星角距、主星与辅助星间星角距和三角形周长这些数据，⑴ 分区星表的构建采用重叠球矩法将整个天球分割成若干个局部重叠天区，球矩大小应满足如下条件：式中，、分别为赤经范围与赤纬范围，、为星敏感器视轴指向，为视场半径，计算球矩大小时需对过零处理，赤纬最大值、最小值分别设为90°和-90°，建立分区星表时，以星敏感器视轴为中心，计算球矩大小，将球矩内的所有恒星按星等升序排列，并存储到以分区号为文件名的文本文件中，分区索引号的计算公式如下所示，⑵ 特征库的建立读取分区星表，以选定的主星对分别与其它恒星构建特征三角形，读取相关星表号、赤经、赤纬和星等信息，则根据下式计算相关星角距，式中，“”为矢量点积运算符；“”为的范数，和分别为恒星、的参考矢量，构建特征三角形时，星角距应满足如下条...

【专利技术属性】
技术研发人员：张同双，郭敬明，周海渊，钟德安，潘良，焦宏伟，王二建，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三六八零部队，
类型：发明
国别省市：江苏;32