一种小视场条件下近似均匀分布的导航星库构建方法技术

本发明专利技术公开了一种小视场条件下近似均匀分布的导航星库构建方法，包括：(1)采用VMT算法，设置阈值为对SAO星表进行分割，仅保留以下的导航星，存入星库StarLib；(2)在星库StarLib中剔除亮度与位置不固定、星间角距值过小的导航星，即剔除变星与双星，得到基本星库(StarLib1)；(3)采用近似均匀分布的球面螺旋基准点，根据基准点与恒星间的角距、星等、星间密度三者的组合特征来粗挑导航星，得到初步的导航星库(StarLib2)与备选星库(StarLib3)；(4)在StarLib2的基础上，采用KernelSVM

【技术实现步骤摘要】
一种小视场条件下近似均匀分布的导航星库构建方法


[0001]本专利技术涉及天文星光测姿
，具体涉及一种小视场条件下的近似均匀分布的导航星库构建方法。

技术介绍

[0002]星敏感器是天文星光测姿中的关键仪器，主要包括星图预处理、星点质心提取、导航星库构建、星图匹配以及姿态解算等关键步骤。其中，导航星库是根据星敏感器的视场、角距以及实际工程任务精度的要求提前在地面进行构建并存入星敏感器，它是保证星敏感器正常工作的关键步骤。导航星的选取关系到后续星图匹配以及姿态解算的精度与效率，视场内星点数目过多会导致匹配时间长、且出现冗余匹配的情况，星点数目过少则会导致无法进行星图匹配，二者均会降低星图匹配精度。因此，一种均匀性好、平均亮度高、存储量小的小视场星敏感器导航星库，对天文星光测姿具有重要意义。
[0003]基于螺旋基准点的选星方法有助于实现筛选出均匀性较好的导航星，因此在星库构建中是一种常用方法，但是由于算法本身的限制，筛选出的导航星库在实际工程应用中会大量天区会出现空洞情况，但由于未有效利用导航星的星等信息，不满足导航星库构建中优选亮星的条件。根据陈聪等人《基于螺旋基准点的导航星选取方法》(参见《弹箭与制导学报》，2012年(4)29
‑
32页)，在仅考虑角距信息的螺旋基准点的基础上增加了星等信息，虽能保证导航星的亮度，但局部天区中的空洞问题仍未解决。
[0004]根据崔祥祥等人的《适用于小视场星敏感器的导航星表构建方法》(参见《红外与激光工程》，2015年44卷(4)1249r/>‑
1253页)，基于螺旋基准点粗选导航星后，手动增选空洞区域的导航星，过程繁琐、工作量大、缺乏自主性。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对小视场条件下导航星库分布不均匀、暗星冗余的问题，提供了一种小视场条件下的近似均匀分布的导航星库构建方法，其是一种基于近似均匀分布的球面螺旋基准点及Kernel SVM
‑
SMO的解决方法。该方法采用VMT算法将星等为Mag
th
以上的导航星从基本SAO星表中剔除，并剔除双星与变星得到基本星库。利用近似均匀分布的球面螺旋基准点，根据导航星间的角距与星等组合特征进行初步挑选，得到初步导航星库StarLib2和备选星库StarLib3，并将StarLib2贴上标签y
i
＝1，剩余恒星贴标签y
i
＝0。随后采用Kernel SVM
‑
SMO，利用StarLib2和类别y
i
＝0的恒星作为训练集，训练分类器，对StarLib3进行分类预测，挑选出判定类别y
i
＝1的导航星。最后计算新增导航星与视场内已存在的导航星间的平均角距值，与设定阈值相比较，若大于阈值，则存入StarLib4，否则不增选。在减少导航星数空洞情况出现的同时，避免添加冗余星。整个过程均由算法完成选星，自主性强。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：一种小视场条件下的近似均匀分布的导航星库构建方法，包括如下步骤：
[0007]步骤(1)、采用SAO星表作为原始星库，根据VMT算法将星等阈值为Mag
th
以上的导航
星从基本SAO星表中剔除，每颗导航星具有唯一的赤经赤纬信息，记为(β
i
,δ
i
)，并在此基础上剔除双星与变星，得到基本星库(StarLib1)；
[0008]所述步骤(1)的具体过程为：
[0009]步骤(11)、利用VMT算法，设定星等阈值为Mag
th
，分割公式表示为：
[0010][0011]其中，StarLib(β
i
,δ
i
)为星库中的第i颗导航星，Mag
i
为第i颗导航星的星等；
[0012]步骤(12)、在步骤(11)基础上，根据赤经赤纬信息计算第i颗导航星在天球坐标系下的方向矢量v
i
，表示为：
[0013][0014]步骤(13)、通常用角距来判定两个恒星之间的距离，利用步骤(11)中得到的StarLib星库，采用如下公式计算双星角距阈值：
[0015][0016]其中n、N
TagSize
、f分别为像元弥散尺寸，靶面尺寸，焦距。
[0017]步骤(2)、利用近似均匀分布的螺旋基准点作为视轴指向，计算基准点与恒星间角距以及恒星间密度，保障导航星筛选时的均匀性要求，并加以考虑导航星星等特征，保证导航星库构建时优选亮星的要求；
[0018]所述步骤(2)的具体过程为：
[0019]步骤(21)、首先采用算法生成螺旋视轴指向，生成公式可表示为：
[0020][0021]其中，x
k
，y
k
，z
k
为每个螺旋视轴指向在天球坐标系下的坐标，记为t
k
＝[x
k y
k z
k
],为球面坐标系下的坐标，记为下标k表示螺旋基准点序号。
[0022]步骤(22)、根据星敏感器视场大小FOV，以及视场内期望出现的星颗数N来确定螺旋基准点个数M，可表示为：
[0023][0024]步骤(23)、在步骤(12)和(22)基础上，取视场内最亮的前N
e
颗恒星，N
e
<5，并分别以第i颗导航星作为主星，计算单位领域内的平均密度：
[0025][0026]其中，m为视场内的导航星数，v
j
为第i颗导航星单位领域内第j颗导航星在天球坐标系下的方向矢量；
[0027]其次，计算第i颗主星与当前螺旋基准点k的角距值：
[0028][0029]其中，t
k
为当前螺旋基准点k在天球坐标系下的方向矢量；
[0030]计算d
a
、d
i
及导航星星等M
i
组合特征r
i
表达式如下：
[0031]r
i
＝ρ
i
(M
i
+d
i
)
‑
(1
‑
ρ
i
)d
a
[0032]其中，ρ
i
为特征组合权重值，d
a
为星间平均密度，组合特征r
i
在保证导航星筛选过程中均匀性要求的同时，提升导航星库的平均亮度；例如，r
i
代表每次筛选的导航星具备以下特征：其星等M
i
尽可能的低、星间平均密度
‑
d
a
尽可能的小、导航星与当前螺旋基准点尽可能的接近，即d
i
尽可能的小；
[0033]按照组合特征大小，进行升序排列，将排名第一的恒星贴类别标签为y
i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小视场条件下近似均匀分布的导航星库构建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)、采用SAO星表作为原始星库，采用VMT算法根据星敏感器探测能力设置星等阈值Mag
th
，将Mag
th
以上的导航星从基本SAO星表中剔除，每颗导航星具有唯一的赤经赤纬信息，记为(β
i
，δ
i
)，并在此基础上剔除双星与变星，得到基本星库(StarLib1)；所述步骤(1)的具体过程为：步骤(11)、利用VMT算法，设定星等阈值为Mag
th
，分割公式表示为：其中，StarLib(β
i
，δ
i
)为星库中的第i颗导航星，Mag
i
为第i颗导航星的星等；步骤(12)、在步骤(11)基础上，根据赤经赤纬信息计算第i颗导航星在天球坐标系下的方向矢量，表示为：步骤(13)、通常用角距来判定两个恒星之间的距离，利用步骤(11)中得到的StarLib星库，采用如下公式计算双星角距阈值：其中，n、N
Tagsize
、f分别为像元弥散尺寸，靶面尺寸，焦距；步骤(2)、利用近似均匀分布的螺旋基准点作为视轴指向，计算基准点与恒星间角距以及恒星间密度，保障导航星筛选时的均匀性要求，并加以考虑导航星星等特征，保证导航星库构建时优选亮星的要求；所述步骤(2)的具体过程为：步骤(21)、首先采用算法生成螺旋视轴指向，生成公式可表示为：其中，x
k
，y
k
，z
k
为每个螺旋视轴指向在天球坐标系下的坐标，记为t
k
＝[x
k y
k z
k
]，θ
k
，z
k
为球面坐标系下的坐标，记为下标k表示螺旋基准点序号；步骤(22)、根据星敏感器视场大小FOV，以及视场内期望出现的星颗数N来确定螺旋基准点个数M，可表示为：步骤(23)、在步骤(12)和(22)基础上，取视场内最亮的前N
e
颗恒星，N
e
＜5，并分别以第i颗导航星作为主星，计算单位领域内的平均密度：
其中，m为视场内的导航星数，v
j
为第i颗导航星单位领域内第j颗导航星在天球坐标系下的方向矢量；其次，计算第i颗主星与当前螺旋基准点k的角距值：其中，t
k
为当前螺旋基准点k在天球坐标系下的方向矢量；计算d
a
、d
i
及导航星星等M
i
组合特征r
i
表达式如下：r
i
＝ρ
i
(M
i
+d
i
)
‑
(1
‑
ρ
i
)d
a
其中，ρ
i
为特征组合权重值...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵汝进，朱梓建，马跃博，刘恩海，朱自发，易晋辉，唐雨萍，曾思康，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：