一种三角形星图识别方法

摘要

本发明公开了一种三角形星图识别方法，属于航天器导航、制导与控制领域，所述方法包括以下几个步骤：步骤一：建立导航数据库，包括构造特征三角形、计算平面单位法向量、求解最优投影主轴与投影点值、星等归一化；步骤二：形成观测三角形；步骤三：在导航数据库中寻找与观测三角形最匹配的特征三角形，利用分级检索的方式，依次对投影点值分块索引表、特征三角形表和星等归一化表进行检索，最终完成对观测三角形的匹配。本发明提出的三角形星图识别方法解决了传统的三角形星图识别方法存在的对噪声的鲁棒性差、冗余匹配多、识别率低的缺点；显著加快了导航数据库的搜索速度，降低了冗余匹配，提高了识别率，对噪声的鲁棒性更好。

主权项

1.一种三角形星图识别方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤一：建立导航数据库：(1)构造特征三角形；在基本星库中，选择其中任意一颗恒星作为主星，并在距离该主星半径范围r内，选择距离主星最近的两颗恒星作为近邻星A和近邻星B，由主星、近邻星A和近邻星B构造特征三角形；其中r满足br≤r≤pr，br为距离主星半径范围的最小值，pr为距离主星半径范围的最大值，且pr≤1.5r_max，r_max为星敏感器的视场半径；(2)构造平面单位法向量；计算特征三角形的三个角距，分别为R_θ1、R_θ2和R_θ3；其中R_θ1为主星与近邻星A之间的角距，R_θ2为主星与近邻星B之间的角距，R_θ2为近邻星A与近邻星B之间的角距；在任意空间三维直角坐标系中，以角距R_θ1作为x坐标值，形成空间点A(R_θ1，0，0)，以角距R_θ2作为y坐标值，形成空间点B(0，R_θ2，0)，以角距R_θ3作为z坐标值，形成空间点C(0，0，R_θ3)，则由空间点A、空间点B和空间点C组成一个平面，计算该平面的平面单位法向量相对于坐标原点的终点坐标为N＝(x_n，y_n，z_n)^T；；(3)重复步骤(1)～(2)的过程，直至基本星库中每一颗恒星作为主星均构建出特征三角形及计算其平面单位法向量相对于坐标原点的终点坐标后终止；(4)将基本星库中的所有主星的信息存储在导航数据库中，形成主星表，包括每颗主星在基本星库中的编号、星等、赤经和赤纬；将所有的主星所对应的特征三角形的三颗恒星的编号和三个角距存储在导航数据库中，形成特征三角形表；(5)求解最优投影主轴；A：形成空间点集：根据每颗主星构造的特征三角形和对应的平面单位法向量相对于坐标原点的终点坐标，将所有平面单位法向量相对于坐标原点的终点坐标视作三维空间中的多个空间点，形成一个空间点集；B：计算最优投影主轴：设最优投影主轴为H＝[h₁，h₂，h₃]^T，设第i颗主星所对应的第i个平面单位法向量在空间点集中所对应的空间点坐标为N_i＝(x_i，y_i，z_i)^T，相应的投影点的坐标为P_i＝H^TN_i，则空间点集中所有空间点的投影点P的均值和方差D(P)分别为：其中，M为投影点数量即主星的个数，H^T为最优投影主轴H的转置；最优投影主轴满足如下条件：所有投影点P的方差D(P)具有最大值，正交向量的约束条件H^TH＝1，即：其中Z为对称矩阵，解出的最优投影主轴方向就是对称矩阵Z最大特征值对应的特征向量，得到唯一的最优投影主轴；(6)根据公式：H^T×N_i＝[h₁，h₂，h₃]×(x_i，y_i，z_i)^T＝Pro，计算空间点集中所有空间点向最优投影主轴投影得到的投影点值Pro；(7)建立投影点值分块索引表；将所有的投影点值按照从小到大的顺序排列，并将其分为N个子表；将N个子表中每个子表建立一个索引项，索引项中包括关键字项与指针项，所述的关键字项为每个子表中包含的所有投影点值最小值至最大值范围区间；所述的指针项为按照各个子表中的投影点值的大小，顺次定义各个投影点值所对应的特征三角形的编号；(8)星等归一化：将基本星库中每颗主星对应的特征三角形中的主星、近邻星A和近邻星B的星等均转化为相应的灰度，并将三颗恒星中的最大灰度设为1，其他两颗星的灰度与最大灰度做比值，得到其他两个归一化系数，进而得到所有特征三角形中三颗恒星所对应的星等归一化系数；(9)将所有特征三角形中三颗恒星分别进行星等归一化后，得到的星等归一化系数，存储在导航数据库中，形成星等归一化表；步骤二：观测三角形形成；(1)在观测视场中，选择离观测视场中心最近的一颗星作为观测主星；所述的观测视场为星敏感器视场；按照与步骤一(1)相同方法构造该观测视场中观测主星的特征三角形，作为观测三角形；(2)按照步骤一(2)的相同方法计算该观测三角形的平面单位法向量相对于坐标原点的终点坐标；(3)利用步骤一(5)中求解得到的最优投影主轴，计算该观测三角形的平面单位法向量向最优投影轴投影得到的投影点值；(4)根据该观测三角形的三颗恒星的灰度，将其中最大灰度设为1，其他两颗恒星的灰度与该最大灰度1做比值，得到其他两颗恒星的星等归一化系数；步骤三：在导航数据库中寻找与观测三角形最匹配的特征三角形；(1)利用投影点值分块索引表，将观测视场中形成的观测三角形的投影点值在导航数 据库的投影点值分块索引表中索引，得到一次候选特征三角形；(2)当利用投影点值分块索引表匹配后获得的一次候选特征三角形唯一时，则识别结果唯一；当不唯一时，利用特征三角形表对一次候选特征三角形继续匹配，得到二次候选特征三角形；(3)当利用特征三角形表匹配后获得的二次候选特征三角形唯一时，则识别结果唯一；当不唯一时，利用星等归一化表对二次候选特征三角形继续匹配，得到三次候选特征三角形；(4)当利用星等归一化表匹配后获得的三次候选特征三角形唯一时，则识别结果唯一；当不唯一时，则识别结果为冗余匹配。