用于星敏感器的筛选导航星的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于星敏感器的筛选导航星的方法，包括：一、根据星敏感器的极限星等，对全天球的原始星表作星过滤处理，并确定星数阈值Nth；二、所述星敏感器在当前天区视场内的剩余星的数量设为N，若N≤Nth，则所述剩余星都选为导航星，执行步骤三；若N＞Nth，则通过多尺度像面分割筛选所述当前天区视场内的导航星，三、所述当前天区视场的导航星筛选结束后，所述星敏感器转到下一方位重复步骤(二)筛选导航星，直至遍历全天球；本发明专利技术中的采用多尺度像面分割筛选的方法能适应不同天区的星数变化删除星分布高密度天区的冗余星，保留低密度天区的所有星，并且筛选的导航星分布均匀。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号为：201210344509.9，专利技术创造名称为《一种用于星敏感器的筛选导航星的方法》，申请日为：2012年9月17日的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术属于天文导航
，涉及一种用于星敏感器的筛选导航星的方法。
技术介绍
星敏感器通过星图识别，比较观测星星组和导航星星组的特征，识别观测星，确定它们在本体坐标系和惯性坐标系中的坐标，从而测量出卫星姿态，是现代航天领域中一种精度最高的卫星姿态测量仪器。星图识别是星敏感器的核心技术，建立导航星星库是识别星图的重要前提，合理选择导航星对于降低导航星星组特征相似性，提高星图识别速率和星图识别成功率，增强星敏感器抗伪星干扰能力，提高姿态测量精度有重要意义。导航星在全天球上分布均匀时，导航星的星组特征冗余性小，星图识别稳定性高，通常以导航星分布均匀性评价优选(筛选)算法，目前的导航星优选(筛选)算法大致可以分为两大类。第一类算法以导航星在全天球的均匀分布为出发点。1998年林涛等提出的正交网格方法将单位天球投影到平面上，正交分割该投影平面，将全天球分成很多互不交叉的等面积天区，在每个天区中选取一颗恒星为导航星。由于天区长宽比随着纬度变化，导航星密度并不均匀。2004年Samaan,MalakA等提出的球面分块法(TheSphericalPatchesmethod)、固定斜度螺旋线法(TheFixed-SlopeSpiralmethod)和带电粒子法(TheChargedParticlesmethod)等算法均分天球，每个天区长宽比与所处位置的关系不大，得到的导航星分布也更均匀。2004年发表在ELECTRONICSLETTERS第40卷第2期上的基于玻尔兹曼熵的导航星优选算法，从选定的两颗导航星出发，逐个选取其他导航星，使所有已选导航星的玻尔兹曼熵最小，该算法可以有效删除冗余星，获得均匀的全天球导航星分布。此类算法较少考虑星敏感器的视场和各个天区视场内导航星的数目，虽然可以实现导航星均匀分布，但当视场很大时，每次可观测到的导航星仍有冗余。第二类算法从导航星在局部天球上的均匀分布出发，实现在全天球上的均匀分布。2000年李立宏等提出星等加权方法，按照星等给每颗恒星赋予不同的权值，低星等的恒星有高权值，高星等的恒星有低权值，根据权值选取导航星，算法优于正交网格方法，但该算法较少考虑恒星位置，导航星分布均匀性有待提高。2002年TexasA&M大学Hye-YoungKim等提出了自组织导航星选取算法，在满足任意轴指向的视场内达到一定导航星数的前提下，根据恒星的位置关系，逐个挑选导航星，导航星分布在局部和全天球上都较均匀。2004年郑胜等提出的回归选取算法根据视场内可观测到的恒星数，基于支持向量机的方法，生成动态星等阈值，依据该阈值筛选不同天区视场内的观测星获得导航星，该方法能得到比较均匀的导航星分布，但对于有固定极限星等的星敏感器，回归选取算法得到的导航星分布仍不够均匀。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于星敏感器的适于均匀筛选出导航星的方法。本专利技术的基本思想是，由于星敏感器的视场内的天区只占据全天球的很小一部分，所以该视场内的天区可看成是平面区域，如果任意视场内的导航星成像的像面均匀分布，那么导航星在全天球上也近似均匀分布。这样，可以根据像面上的星像密度筛选导航星，把导航星在全天球上的分布问题转换为其星像在像面上的分布问题。在所述基本思想下，本专利技术提供了一种用于星敏感器的筛选导航星的方法，包括如下几个步骤：第一步，对原始星表作星过滤处理；根据极限星等删除暗星，同时删除变星、双星，为方便后续处理，剩余星数据按照赤纬以由小到大的顺序排列，并根据星图识别算法确定星数阈值Nth，即根据实际需要选择相应的星图识别算法来确定星数阈值Nth；第二步，星敏感器光轴指向全天球上坐标(αi，δi)的位置，αi或δi每次改变1°，遍历全天球；提取每个指向视场内的剩余星，计算剩余星总数N；如果N≤Nth，则所述剩余星都选为导航星；星敏感器光轴转到下一方位，再判断，直到星数大于阈值，开始第三步；提取视场内的剩余星的方法是，首先挑选出坐标(α,δ)满足|δ-δc|≤wm的星，其中wm表示星敏感器像面探测器对角线对应的视场角；上式限定当前视场内剩余星赤纬的上限和下限；由于赤纬δ取值范围是-90°～90°，当δi-wm小于-90°时，应当设置下限为-90°，类似地，当δi+wm大于90°时，上限应设置为90°，得到剩余星数据按赤纬排序，用两分法确定赤纬值刚好大于δbot星的位置，然后读取后继数据，提取剩余星，直到赤纬值大于δtop；接着，计算已经提取出的剩余星在本体坐标系中的方位，对于赤经和赤纬为(α，δ)的星，有它在Xb，Yb方向上的视场角XFLD、YFLD为若设光学系统在Xb，Yb方向上的最大视场角为WA和WB，只有满足|XFLD|≤WA/2、|YFLD|≤WB/2的恒星才能被观测到；通过上式筛选得到当前视场中的剩余星，同时也得到它们的视场角XFLD、YFLD，以及它们的总数N；第三步，将视场内的所有星成像到像面，按xb＝ftan(XFLD)，yb＝ftan(YFLD)计算并记录每个星像的位置；第四步，沿焦平面行、列方向，分割像面为p×q的网格，建立并初始化与网格对应的三个p行q列的二维数组Marray、Idarray和MAGarray，p和q的比值应尽量和焦平面行、列方向尺寸比一致，以保证两个方向的尺度相同；开始时，p和q应取略大的值，以便详细考查星分布密度；数组Marray和Idarray初始化为0，MAGarray初始化为-99.99；第五步，遍历各小区以计算所提取的星所在的小区；对于坐标为(xb、yb)的星像，它处于像面上第m行、n列的小区有星像，那么其中floor(x)表示取比x小的最近一个整数，Marray[m][n]＝1；如果该小区有多颗星的星像，只保留最亮星，IDarray[m][n]记录保留下来的恒星星号，MAGarray[m][n]记录它的星等，更新当前视场内剩余星总数N，即多星小区的星筛选；第六步，如果N≤Nth，返回第二步，否则采用像元聚类算法连通领域以计算出质心坐标，并作进一步作筛选：即把小区当作像元，小区内的星数当作灰度值，采用八连通将像面网格分成多个连通域，计算每个连通域的质心坐标和小区数；选取小区数最多的那个连通域，删除离质心坐标最近的星；如果多颗星离质心坐标都最近，删除其中最暗的星；如果小区数最多的连通域有多个，则删除这些连通域中最暗的星；同时，更新N、Marray，以及IDarray、MAGarray的值；如果N>Nth，重复该步骤，再寻找范围下一个最大的连通域；当N≤Nth时，当前视场内的导航星筛选完毕。如果N>Nth，且任意两颗星所在的小区都不再连通，则执行下一步；第七步，p和q都减小1，增大均分尺度，像面的小区面积有少量增加，距离较远的几个星像可能又会连通，再从第四步开始执行，直到N≤Nth；第八步，当全天球遍历完毕，导航星筛选结束。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术中的采用多尺度像面分割筛选的方法能适应不同天区的星数变化删除星分布高密度天区的冗余星，保留低密度天区的所有星，本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于星敏感器的筛选导航星的方法，其特征在于包括如下几个步骤：第一步，对原始星表作星过滤处理；根据极限星等删除暗星，同时删除变星、双星，为方便后续处理，剩余星数据按照赤纬以由小到大的顺序排列，并根据星图识别算法确定星数阈值Nth，即根据实际需要选择相应的星图识别算法来确定星数阈值Nth；第二步，星敏感器光轴指向全天球上坐标(αi，δi)的位置，αi或δi每次改变1°，遍历全天球；提取每个指向视场内的剩余星，计算剩余星总数N；如果N≤Nth，则所述剩余星都选为导航星；星敏感器光轴转到下一方位，再判断，直到星数大于阈值，开始第三步；提取视场内的剩余星的方法是，首先挑选出坐标(α,δ)满足|δ‑δc|≤wm的星，其中wm表示星敏感器像面探测器对角线对应的视场角；上式限定当前视场内剩余星赤纬的上限和下限；由于赤纬δ取值范围是‑90°～90°，当δi‑wm小于‑90°时，应当设置下限为‑90°，类似地，当δi+wm大于90°时，上限应设置为90°，得到剩余星数据按赤纬排序，用两分法确定赤纬值刚好大于δbot星的位置，然后读取后继数据，提取剩余星，直到赤纬值大于δtop；接着，计算已经提取出的剩余星在本体坐标系中的方位，对于赤经和赤纬为(α，δ)的星，有VbxVbyVbz=cosφsinφ0-sinφcosφ0001cos(90-δi)0-sin(90-δi)010sin(90-δi)0cos(90-δi)×cosαisinαi0-sinαicosαi0001cosαcosδsinαcosδsinδ]]>它在Xb，Yb方向上的视场角XFLD、YFLD为XFLD=-tg-1(VbxVbz),YFLD=-tg-1(VbyVbz),]]>若设光学系统在Xb，Yb方向上的最大视场角为WA和WB，只有满足|XFLD|≤WA/2、|YFLD|≤WB/2的恒星才能被观测到；通过上式筛选得到当前视场中的剩余星，同时也得到它们的视场角XFLD、YFLD，以及它们的总数N；第三步，将视场内的所有星成像到像面，按xb＝f tan(XFLD)，yb＝f tan(YFLD)计算并记录每个星像的位置；第四步，沿焦平面行、列方向，分割像面为p×q的网格，建立并初始化与网格对应的三个p行q列的二维数组Marray、Idarray和MAGarray，p和q的比值应尽量和焦平面行、列方向尺寸比一致，以保证两个方向的尺度相同；开始时，p和q应取略大的值，以便详细考查星分布密度；数组Marray和Idarray初始化为0，MAGarray初始化为‑99.99；第五步，遍历各小区以计算所提取的星所在的小区；对于坐标为(xb、yb)的星像，它处于像面上第m行、n列的小区有星像，那么n=floor(p2ftan(wA2)xb+p2-1)]]>m=floor(q2ftan(wB2)yb+q2-1),]]>其中floor(x)表示取比x小的最近一个整数，Marray[m][n]＝1；如果该小区有多颗星的星像，只保留最亮星，IDarray[m][n]记录保留下来的恒星星号，MAGarray[m][n]记录它的星等，更新当前视场内剩余星总数N，即多星小区的星筛选；第六步，如果N≤Nth，返回第二步，否则采用像元聚类算法连通领域以计算出质心坐标，并作进一步作筛选：即把小区当作像元，小区内的星数当作灰度值，采用八连通将像面网格分成多个连通域，计算每个连通域的质心坐标和小区数；选取小区数最多的那个连通域，删除离质心坐标最近的星；如果多颗星离质心坐标都最近，删除其中最暗的星；如果小区数最多的连通域有多个，则删除这些连通域中最暗的星；同时，更新N、Marray，以及IDarray、MAGarray的值；如果N>Nth，重复该步骤，再寻找范围下一个最大的连通域；当N≤Nth时，当前视场内的导航星筛选完毕；如果N>Nth，且任意两颗星所在的小区都不再连通，则执行下一步；第七步，p和q都减小1，增大均分尺度，像面的小区面积有少量增加，距离较远的几个星像可能又会连通，再从第四步开始执行，直到N≤Nth；第八步，当全天球遍历完毕，导航星筛选结束。...

【技术特征摘要】
1.用于星敏感器的筛选导航星的方法，其特征在于包括如下几个步骤：第一步，对原始星表作星过滤处理；根据极限星等删除暗星，同时删除变星、双星，为方便后续处理，剩余星数据按照赤纬以由小到大的顺序排列，并根据星图识别算法确定星数阈值Nth，即根据实际需要选择相应的星图识别算法来确定星数阈值Nth；第二步，星敏感器光轴指向全天球上坐标(αi，δi)的位置，αi或δi每次改变1°，遍历全天球；提取每个指向视场内的剩余星，计算剩余星总数N；如果N≤Nth，则所述剩余星都选为导航星；星敏感器光轴转到下一方位，再判断，直到星数大于阈值，开始第三步；提取视场内的剩余星的方法是，首先挑选出坐标(α,δ)满足|δ-δc|≤wm的星，其中wm表示星敏感器像面探测器对角线对应的视场角；上式限定当前视场内剩余星赤纬的上限和下限；由于赤纬δ取值范围是-90°～90°，当δi-wm小于-90°时，应当设置下限为-90°，类似地，当δi+wm大于90°时，上限应设置为90°，得到剩余星数据按赤纬排序，用两分法确定赤纬值刚好大于δbot星的位置，然后读取后继数据，提取剩余星，直到赤纬值大于δtop；接着，计算已经提取出的剩余星在本体坐标系中的方位，对于赤经和赤纬为(α，δ)的星，有VbxVbyVbz=cosφsinφ0-sinφcosφ0001cos(90-δi)0-sin(90-δi)010sin(90-δi)0cos(90-δi)×cosαisinαi0-sinαicosαi0001cosαcosδsinαcosδsinδ]]>它在Xb，Yb方向上的视场角XFLD、YFLD为XFLD=-tg-1(VbxVbz),YFLD=-tg-1(VbyVbz),]]>若设光学系统在Xb，Yb方向上的最大视场角为WA和WB，只有满足|XFLD|≤WA/2、|YFLD|≤WB/2的恒星才能被观测到；通过上式筛选得到当前视场中的剩余星，同...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴峰，沈为民，朱锡芳，
申请(专利权)人：常州工学院，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32