專利名稱：一種基于慣性比特征的三角形星圖識別方法
技術領域：
本發明涉及星圖識別技術，特別是指一種基于慣性比特征的三角形星圖識別方法。
背景技術：
星敏感器作為一種航天器姿態測量儀器，由于具有自主性強、無誤差積累、以及精度高等優點，因此已廣泛應用于航天領域，而星圖識別是星敏感器完成航天器姿態測量的關鍵技術之一。三角形星圖識別方法是目前應用較為成熟的全天自主星圖識別方法。三角形星圖識別方法的基本原理為在觀測星圖中選定三顆觀測星構成三角形，以兩兩觀測星之間的角距作為匹配特征量，在導航星庫中尋找最接近的三角形進行匹配識別。但是，在傳統的三角形星圖識別方法中，將導航星所有能構成的導航三角形都存儲起來，以供匹配識別，如此，會導致導航三角形的數目過于龐大，從而會造成占用的存儲空間較大；并且，過多的導航三角形會包含大量的冗余信息，如此，會造成識別的時間長、識別率低等問題。這里，傳統的三角形星圖識別方法詳見 Liebe C C.，Star trackers for attitude determination, IEEE Trans on Aerospace and Electronic System,1995,31(1) :10_16o為解決上述問題，申請號為200410102585. 4、發明名稱為“一種基于三角形特征的星圖識別方法”的中國專利提出了一種技術方案，該技術方案包括首先，從觀測星圖中挑選出最亮的六顆星，若不足六顆，則選所有星組成觀測三角形；然后，利用星對角距與星對數據庫中角距進行匹配，在匹配過程中設置狀態標識，實現快速搜索識別；最后，利用匹配的導航三角形計算出的姿態值產生一幅參考星圖與原始的觀測星圖進行比較驗證，若二者一致，則識別成功。仿真實驗表明，該方法與傳統的三角形星圖識別方法相比，在抗星點位置噪聲和星等噪聲干擾能力、識別時間、以及存儲空間等方面均具有較大的優勢。但是，隨著視場的增大，采用該方法需要存儲的角距范圍仍會急劇增大，從而造成存儲的信息量急劇增大，進而會導致該方法中星對數據庫所需的存儲空間快速增大；并且，當星點位置噪聲標準偏差大于1個像素時，識別率下降也會比較快。
發明內容
有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于慣性比特征的三角形星圖識別方法，能在減少存儲空間的同時，實現快速匹配的目的。為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的本發明提供了一種基于慣性比特征的三角形星圖識別方法，該方法包括構造并存儲包含導航三角形的形心慣性比值及所述導航三角形的一個邊的角距值的導航特征庫；依據視場內觀測星的數目，確定觀測三角形，之后確定所有觀測三角形的形心慣性比及與導航特征庫保存的屬性相同的邊的角距值；
將確定的所有觀測三角形的形心慣性比及所述邊的角距值與導航特征庫中的形心慣性比及邊的角距值進行匹配，確定與觀測三角形匹配的導航三角形；利用所述匹配的導航三角形產生參考星圖，并與觀測星圖進行星點匹配，完成識別過程。上述方案中，所述構造并存儲包含導航三角形的形心慣性比值及所述導航三角形的一個邊的角距值的導航特征庫，為設星敏感器的視場為M° XN°，其中，M彡N;以基本星表中每個導航星的視軸為中心，生成半徑為M° /2的圓形視場；依據生成的圓形視場內的導航星的數目，確定導航特征庫中的導航三角形；依據
公式
權利要求
1.一種基于慣性比特征的三角形星圖識別方法，其特征在于，該方法包括構造并存儲包含導航三角形的形心慣性比值及所述導航三角形的一個邊的角距值的導航特征庫；該方法還包括依據視場內觀測星的數目，確定觀測三角形，之后確定所有觀測三角形的形心慣性比及與導航特征庫保存的屬性相同的邊的角距值；將確定的所有觀測三角形的形心慣性比及所述邊的角距值與導航特征庫中的形心慣性比及邊的角距值進行匹配，確定與觀測三角形匹配的導航三角形；利用所述匹配的導航三角形產生參考星圖，并與觀測星圖進行星點匹配，完成識別過程。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述構造并存儲包含導航三角形的形心慣性比值及所述導航三角形的一個邊的角距值的導航特征庫，為設星敏感器的視場為M° XN0，其中，M彡N;以基本星表中每個導航星的視軸為中心，生成半徑為M° /2的圓形視場；依據生成的圓形視場內的導航星的數目，確定導航特征庫中的導航三角形； τ2 . 2 !~i TT/η η 一 Π\ Γ 一 h依據公式// = Signx7^ = Signx^ , 2 \2、^，確定所述導航特征庫中的每個導航 Irc3[a +h j三角形的形心慣性比值，并確定一個邊的角距值，將確定的所述所有導航三角形的形心慣性比值及一個邊的角距值保存至導航特征庫；其中，將導航三角形的三條邊的角距值，按照降序進行排列，如果三條邊排列時成逆時針方向，則sign = 1，如果三條邊排列時成順時針方向，則sign = -1，I。表示導航三角形的形心極慣性矩，Irc表示導航三角形對應的最小包絡矩形的形心極慣性矩，a表示導航三角形的最長邊的邊長，c表示導航三角形除最長邊外兩條邊中的任意一條邊的邊長，h表示導航三角形的最長邊上的高。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述依據生成的圓形視場內的導航星的數目，確定導航特征庫中的導航三角形，為如果所述圓形視場內的導航星的數目小于等于pi，則選擇所述圓形視場內所有的導航星組成導航三角形；如果所述圓形視場內的導航星的數目大于Pl且小于等于P2，則選取所述圓形視場內最亮的Pi顆導航星組成導航三角形；如果所述圓形視場內的導航星的數目大于P2，則按照距離所述圓形視場中心的距離大小升序，將所述圓形視場內所有的導航星進行排序；之后選取所述圓形視場內距離所述圓形視場中心的距離最近的P2顆導航星中最亮的Pl顆導航星組成導航三角形； 其中，pi <p2。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，在組成導航三角形時，該方法進一步包括組成的導航三角形的最短邊的角距值大于設置的域值。
5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在將確定的所述所有導航三角形的所述形心慣性比值及一個邊的角距值保存至導航特征庫時，該方法進一步包括將所有導航三角形的確定的所述邊的角距值，按照大小進行排序，并以A弧度為單位， 對所有導航三角形的確定的所述邊的角距值進行塊劃分，將所有導航三角形劃分為η個子塊，為每個子塊從零開始進行編號。
6.根據權利要求1至5任一項所述的方法，其特征在于，所述依據視場內觀測星的數目，確定觀測三角形，為判斷視場內觀測星的數目是否大于P，如果大于P，則挑選出一顆觀測星作為主星，將距離所述主星最近的Q顆觀測星作為輔星，由主星及Q顆輔星組成觀測三角形，如果小于等于P，則選擇視場內所有的觀測星組成觀測三角形。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述確定所有觀測三角形的形心慣性比，為依據公式
8.根據權利要求1至5任一項所述的方法，其特征在于，在將確定的所有觀測三角形的形心慣性比及所述邊的角距值與導航特征庫中的形心慣性比、以及邊的角距值進行匹配之前，該方法進一步包括采用散列函數的數據查找方式搜索導航特征庫。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述采用散列函數的數據查找方式搜索導航特征庫，為依據公式
10.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述確定與觀測三角形匹配的導航三角形，為將滿足公式
全文摘要
本發明公開了一種基于慣性比特征的三角形星圖識別方法，包括構造并存儲包含導航三角形的形心慣性比值及所述導航三角形的一個邊的角距值的導航特征庫；依據視場內觀測星的數目，確定觀測三角形，之后確定所有觀測三角形的形心慣性比及與導航特征庫保存的屬性相同的邊的角距值；將確定的所有觀測三角形的形心慣性比及所述邊的角距值與導航特征庫中的形心慣性比及邊的角距值進行匹配，確定與觀測三角形匹配的導航三角形；利用所述匹配的導航三角形產生參考星圖，并與觀測星圖進行星點匹配，完成識別過程。采用本發明的方法，能在減少存儲空間的同時，提高匹配速度。
文檔編號G01C21/24GK102313549SQ201110214070
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月28日 優先權日2011年7月28日
發明者李健, 江潔, 陸壯志, 魏新國 申請人:北京航空航天大學
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