【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航天测量控制，具体涉及一种全天时多视场星敏感器导航星库的构建方法。
技术介绍
1、星敏感器是一种基于星光导航的姿态敏感器，目前已在大气层外的卫星平台上得到了广泛应用，它通常由光学系统、光电探测系统和信号处理系统等部分组成，通过识别或跟踪恒星来确定飞行器的载体坐标系相对于惯性坐标系的三轴姿态信息，由于星敏感器具有误差不随时间积累、抗干扰能力强、不依赖外部信息等优点，它已经成为航天领域星载平台上应用的最高精度且较为成熟的姿态测量设备，其精度可达亚角秒量级。然而对于大气层内如临近空间飞行器、民航飞机和高空长航时无人机等机载平台，若将传统可见光波段的大视场星敏感器照搬应用，可见光波段的强烈天空背景辐射会将恒星淹没，星敏感器无法定姿。此时可采用多个小视场设计并结合光谱滤波技术的全天时多视场星敏感器方案实现寻星定姿，探测器响应波段采用0.9-1.7μm短波红外波段。
2、导航星库指存储在星敏感器存储器中的有关恒星的赤经赤纬、星间角距和恒星星等等信息，用于识别或跟踪天球上的恒星，但天球上的恒星数量多且分布不均匀，目前的导航星库构建方法主要针对星载平台可见光波段大视场星敏感器，采用此类方法构建全天时多视场星敏感器的导航星库易出现天球上的恒星分布不均匀、部分天区存在空洞和导航星库容量过大等问题，这会严重影响星敏感器星图识别的识别效率和识别成功率。
3、因此有必要针对机载平台应用的全天时多视场星敏感器构建一种完备且均匀分布的导航星库，在保证星库完备性的同时，尽可能减少导航星库的容量，这对实现机载平台的全自主导航
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种全天时多视场星敏感器导航星库的制作方法，针对应用在机载平台，在计算得到仪器星等和不同工作环境下的极限探测星等的情况下通过球面螺旋法和改进pso-grnn(particle swarm optimization-generalregression neural network)(粒子群优化广义回归神经网络)优化选择天球上的导航星，再通过拉丁超立方抽样增补或删除导航星。通过本专利技术所得到的导航星库分布均匀性好，完备性高。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种全天时多视场星敏感器导航星库的构建方法，包括如下步骤：
4、步骤1、确定载体坐标系与各视场坐标系间的位置关系，选择全天时多视场星敏感器工作波段和原始导航星库，剔除变星、双星得到初始导航星库；
5、步骤2、采用合成光度法和最小二乘支持向量机ls-svm求出初始导航星库所有导航星的仪器星等，根据全天时多视场星敏感器的不同工作环境求出日间极限探测星等mlim1和夜间极限探测星等mlim2，将仪器星等大于mlim2的恒星从初始导航星库中剔除，得到基础导航星库；
6、步骤3、采用球面螺旋法在天球上生成若干个均匀分布的点，在以这些均匀分布的点为中心的视场中根据设计的星等密度综合评价指标选择导航星、非导航星和候选导航星，确定广义回归神经网络grnn的拓扑结构，再对粒子群pso算法改进，利用改进后的pso算法优化grnn的光滑因子，得到具有最优光滑因子的grnn导航星分类模型，对候选导航星分类得到导航星和非导航星并通过拉丁超立方抽样对选择导航星数量较少或较多的天区进行补充或删减。
7、进一步的，所述步骤1包括：
8、步骤1.1、选择全天时多视场星敏感器的工作波段为0.9-1.7μm短波红外波段，并在2mass短波红外星库中选取h波段星等小于等于7的恒星组成原始导航星库；
9、步骤1.2、根据2mass短波红外星库提供的天体星等测量不确定度rd_flg以及光源可信度cc_flg数据，保留rd_flg＝1～3且cc_flg＝0的恒星，剔除原始导航星库中的变星；
10、其中，rd_flg值为“1”、“2”或“3”表示2mass巡天计划中具有最佳观测质量的恒星，cc_flg值为0表示光源的光度测定和位置测量没有受到图像伪影或附近具有相同或更高亮度的光源的污染；
11、步骤1.3、根据2mass短波红外星库提供的恒星位置信息计算第i颗恒星在惯性坐标系中的单位矢量为：
12、
13、其中，αi和δi分别表示第i颗恒星的赤经和赤纬；
14、步骤1.4、计算2mass短波红外星库中恒星间的星间角距，剔除原始导航星库中小于星间角距阈值的双星，设星敏感器的视场大小为fov，探测器阵列大小为pixsiz，则双星的星间角距阈值为：
15、
16、其中，np为离焦扩散的像素数；
17、步骤1.5、剔除变星、双星后得到初始导航星库。
18、进一步的，所述步骤2包括：
19、步骤2.1、将2mass短波红外星库和依巴谷hipparcos星库进行基于位置的交叉验证；
20、步骤2.2、根据恒星的自行信息剔除交叉验证结果中自行>500毫角秒/年的恒星，得到具有已知j波段星等、h波段星等、光谱型的恒星；
21、步骤2.3、根据ings和pickles恒星光谱通量库和星敏感器的光谱响应，通过计算合成光度数据得到已知光谱型恒星的仪器星等：
22、
23、其中，nphotons为目标恒星的合成光度数据，nref为参考星的合成光度数据，f(λ)为目标恒星的光谱辐照度，fref(λ)为参考星的光谱辐照度，rx(λ)为仪器光谱响应，mins为目标恒星的仪器星等，t(λ)为光学系统透过率，qe(λ)为探测器的量子效率，h为普朗克常数，c为光在真空中的传播速度，υ为光子频率，λ为光子波长，λ1、λ2表示系统的工作波段；
24、步骤2.4、将j波段星等和h波段星等作为特征输入、仪器星等作为特征输出，采用ls-svm算法回归预测2mass短波红外星库中缺失光谱型恒星的仪器星等；
25、步骤2.5、对于夜间工作情况，设夜间时的天空背景亮度相当于10等星的亮度，对于日间工作情况，通过modtran仿真得到机载工作环境下的天空背景辐射和大气透过率数据，结合光学系统参数，计算星敏感器在曝光时间tint内接收到的0等星的光电子数sm和天空背景辐射光电子数sbgk：
26、
27、其中，e(λ)表示0等星的绝对光谱分布，ib(λ)表示机载工作环境下的天空背景辐射，τ(λ)表示机载工作环境下的大气透过率，d表示光学系统口径，σ为单个像元面积，f为光学系统焦距；
28、步骤2.6、计算星敏感器的日间极限探测星等mlim1和夜间极限探测星等mlim2：
29、
30、其中，k0为星点中心像元能量占星点总能量的比值，snr为星敏感器极限探测信噪比，sbgk1和sbgk2分别为星敏感器在日间和夜间工作情况下接收到的天空背景辐射光电子数，idark为暗电流的大小，为探测器噪声的方差；
3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全天时多视场星敏感器导航星库的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种全天时多视场星敏感器导航星库的构建方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3.根据权利要求2所述的一种全天时多视场星敏感器导航星库的构建方法，其特征在于，所述步骤2包括：
4.根据权利要求3所述的一种全天时多视场星敏感器导航星库的构建方法，其特征在于，所述步骤3包括：
【技术特征摘要】
1.一种全天时多视场星敏感器导航星库的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种全天时多视场星敏感器导航星库的构建方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3....
【专利技术属性】
技术研发人员：周靖淞，张辉，高晓东，方亮，
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：
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