本发明专利技术提供一种星敏感器高精确度的星跟踪方法。采用星跟踪方法的跟踪窗口方式，获得星敏感器视场内所有已知恒星星像坐标，根据这些已知恒星的信息，搜索出视场内所有未知恒星，把视场内所有恒星划分为多个不均匀的子区域，其中恒星密度大的子区域面积小，恒星密度小的子区域面积大，这样尽量满足每个子区域能有一定数量的恒星，并把这种子区域的分布、面积大小对应到相应的星图，把星图划分为数量相同、面积比例相同的子星图，根据获得已知恒星的星像坐标，确认是否存在不包含已知恒星的子星图中，而且只识别不包含已知恒星子星图内的未知恒星。从而满足每个区域内都有恒星参与计算姿态，保证了参与计算姿态的恒星在全视场内均匀分布。本发明专利技术的优点是减少了计算量，保证了星跟踪模式下的实时性，降低了星敏感器输出的姿态与实际姿态的误差。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种航天领域测量技术，具体涉及一种星敏感器高精确度的星跟踪方 法。
技术介绍
星敏感器是一种以恒星作为观测基准的高精度飞行器姿态测量敏感器，能够提 供角秒级甚至更高精度的姿态信息，被认为是目前精度最高的姿态敏感器。星敏感器有 初始姿态捕获和星跟踪模式两种模式。初始姿态捕获就是在全天球范围内对CCD (Charge Coupled Device)或CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Transistor)成像 器件所得到的观测星图进行匹配、识别。计算初始的精确姿态。随着航天技术的发展，对航 天飞行器的自主导航能力提出了越来越高的要求，不仅要求准确的姿态信息，还要有很好 的快速性。因此很多学者提出各种全天球星图识别算法或者改进各种全天球星图识别算法 来提高星敏感器的快速性。这些算法虽然从某种程度上提高了姿态更新率，但是由于全天 球星图识别前，必须从整幅星图中提取星像坐标，而提取星像坐标占了整个全天球星图识 别模式的绝大部分时间。随着像平面的面阵增大，每次提取星像坐标过程的时间增加。然 而宽视场、大面阵的像平面是新一代星敏感器的发展趋势。所以完全从全天球星图识别算 法考虑来提高星敏感器的姿态更新率必然受到限制。为了满足航天器对星敏感器实时性能的需要，以及随着星敏感器处理能力和存储 能力的提高，星敏感器经过一次全天星图识别获得初始姿态后，必然有适当的先验信息，因 此星敏感器可以不必连续工作在全天球识别模式，而是充分利用这些先验信息，工作在星 跟踪模式。星跟踪模式就是利用这些先验信息可以在星图的适当区域内进行提取星像坐 标，从而避免了在很多星图背景处判断是否存在星像的过程，这样进一步节省了星像坐标 提取过程中的时间，从而提高了星敏感器数据更新率，提高了星敏感器的实时性。星跟踪方法主要有跟踪窗口方式和匹配识别方式两种跟踪方式。传统的星跟踪方 法大部分时间工作在跟踪窗口方式，不考虑参与计算姿态的恒星在视场内的分布，只有当 星敏感器视场内已知恒星较少时，星敏感器才采用匹配识别跟踪方法来获取星敏感器视场 内未知恒星信息，如图3。由于飞行器的运动，当星敏感器工作在纯跟踪窗口方式下，随着所 有已知恒星从视场中心移到视场边沿，星敏感器输出的姿态与理想姿态的误差增加，而当 星敏感器再次工作在匹配识别跟踪方法后，由于对视场内其它未知恒星识别，并参与姿态 的计算，星敏感器输出的姿态与理想姿态的误差又减少了。如附图说明图1中a所示，随着已知恒星 从、时刻恒星星像位置到tn时刻恒星星像位置的移动，输出姿态从图2的输出姿态曲线的 A点移到Al点，当星敏感器在tn时刻对未知恒星识别后，如图1中b所示，又降低了姿态 误差，如A2点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新的星敏感器星跟踪方法，在相同的条件下，使星敏感器在星跟踪模式下不但具有很好的实时性，而且提供更高精度的姿态信息。1.本专利技术的目的是这样实现的方法如下(1)采用星跟踪方法的跟踪窗口方式，获得星敏感器视场内所有已知恒星星像坐 标；(2)根据这些已知恒星的信息，从星表中搜索出所有视场内所有恒星，包括已知恒 星和未知恒星；(3)根据星敏感器视场内恒星的分布，把视场内恒星划分为多个不均勻的子区域， 其中恒星密度大的子区域面积小，恒星密度小的子区域面积大，这样尽量满足每个子区域 能有一定数量的恒星，并把这种子区域的分布、面积大小对应到相应的星图，把星图划分为 数量相同、面积比例相同的子星图，根据获得已知恒星的星像坐标，确认是否存在不包含已 知恒星的子星图中；(4)对于不包含已知恒星的子区域，采用从天球坐标系到图像平面坐标系中理想 星像质心坐标的公式一和公式二，来计算未知恒星在子星图中的理想星像坐标；权利要求，其特征在于，方法如下(1)采用星跟踪方法的跟踪窗口方式，获得星敏感器视场内所有已知恒星星像坐标；(2)根据这些已知恒星的信息，从星表中搜索出所有视场内所有恒星，包括已知恒星和未知恒星；(3)根据星敏感器视场内恒星的分布，把视场内恒星划分为多个不均匀的子区域，其中恒星密度大的子区域面积小，恒星密度小的子区域面积大，这样尽量满足每个子区域能有一定数量的恒星，并把这种子区域的分布、面积大小对应到相应的星图，把星图划分为数量相同、面积比例相同的子星图，根据获得已知恒星的星像坐标，确认是否存在不包含已知恒星的子星图中；(4)对于不包含已知恒星的子区域，采用从天球坐标系到图像平面坐标系中理想星像质心坐标的公式一和公式二，来计算未知恒星在子星图中的理想星像坐标； <mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>cos</mi><mi></mi><mi>δ</mi><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>α</mi> <mo>-</mo> <mi>A</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mi>sin</mi><mi></mi><mi>δ</mi><mi>sin</mi><mi>D</mi><mo>+</mo><mi>cos</mi><mi>δ</mi><mi>cos</mi><mi>D</mi><mi>cos</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>α</mi> <mo>-</mo> <mi>A</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac> </mrow>式一 <mrow><mi>y</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>sin</mi><mi></mi><mi>δ</mi><mi>cos</mi><mi>D</mi><mo>-</mo><mi>cos</mi><本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种星敏感器高精确度的星跟踪方法，其特征在于，方法如下：（１）采用星跟踪方法的跟踪窗口方式，获得星敏感器视场内所有已知恒星星像坐标；（２）根据这些已知恒星的信息，从星表中搜索出所有视场内所有恒星，包括已知恒星和未知恒星；（３）根据星敏感器视场内恒星的分布，把视场内恒星划分为多个不均匀的子区域，其中恒星密度大的子区域面积小，恒星密度小的子区域面积大，这样尽量满足每个子区域能有一定数量的恒星，并把这种子区域的分布、面积大小对应到相应的星图，把星图划分为数量相同、面积比例相同的子星图，根据获得已知恒星的星像坐标，确认是否存在不包含已知恒星的子星图中；（４）对于不包含已知恒星的子区域，采用从天球坐标系到图像平面坐标系中理想星像质心坐标的公式一和公式二，来计算未知恒星在子星图中的理想星像坐标；ｘ＝ｃｏｓδｓｉｎ（α－Ａ）／ｓｉｎδｓｉｎＤ＋ｃｏｓδｃｏｓＤｃｏｓ（α－Ａ）式一ｙ＝（ｓｉｎδｃｏｓＤ－ｃｏｓδｓｉｎＤｃｏｓ（α－Ａ））／（ｓｉｎδｓｉｎＤ＋ｃｏｓδｃｏｓＤｃｏｓ（α－Ａ））ｘ′＝ｘｃｏｓθ－ｙｓｉｎθ式二ｙ′＝ｘｓｉｎθ＋ｙｃｏｓθ其中：（Ａ，Ｄ）是理想坐标系中心，即光轴指向，在天球坐标系的指向；θ为星敏感器的滚动角；这些都可以通过已知恒星信息来计算得到；（ｘ′，ｙ′）是计算未知恒星在子星图中的理想星像坐标；（α，δ）是未知恒星在天球坐标系中的赤经和赤纬；（５）采用星跟踪方法的匹配识别方式验证这些未知恒星的实际星像坐标，即新信息；（６）保存这些新信息以及原有的信息，并利用这些新信息以及原有的已知信息，计算当前星敏感器姿态。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李葆华，吴志华，刘国良，温奇咏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。