一种基于LPT变换的星图识别方法

摘要

本发明属于航天技术领域，涉及对星图识别方法的改进。本发明的步骤为：1.对导航星表中的所有导航星进行LPT变换，并存储变换后得到的特征模式，2.对观测星图中的所有观测星进行LPT变换，3.寻找与观测星匹配的导航星，4.验证。本发明可实现观测星和导航星模式的快速匹配；占用存储空间少；对星点位置噪声和星等噪声均具有很强的鲁棒性。

主权项

1、一种基于LPT(Log-Polar Transform)变换的星图识别方法，其特征在于，1.1、对导航星表中的所有导航星进行LPT变换，其步骤如下：1.1.1、选择导航星的邻域R，选择任意一个导航星s，以导航星s的方向矢量为星敏感器的视轴指向，将导航星s半径为R邻域内的其他导航星投影到成像平面上，将这样得到的星图图像作为原始图像，导航星s投影到原始图像的原点，将该原始图像作为该导航星的邻域，将该邻域中的其他导航星作为该导航星的伴星，R＝4°～10°；1.1.2、对该导航星s的所有伴星做LPT变换，即将伴星所在的平面直角坐标系转换成对数半径的极坐标系，设在平面直角坐标系下二值图像表示为f(x，y)，则通过LPT变换后在极坐标系下的图像表示为f′(r，θ)，LPT变换定义为： $r=\ln \sqrt{x^2+y^2},$θ＝tan^-1(y/x)，式中r为极坐标系下的对数半径的纵坐标，θ为极坐标系下的横坐标(由于星图图像可以看作是由二维离散点构成，因此星图的LPT变换只需要对伴星所在的像素点进行变换)；1.1.3、确定导航星s的特征向量，设该导航星s所在的原始图像即投影到成像面上所成的图像大小为M×N，LPT变换后的图像大小为m×n，即在θ和r方向上分辨力分别为360°/m和R/n，LPT变换后的二值图像用一个m×n的稀疏矩阵A来表示：将变换后的图像向θ轴投影，得到一个1×m的向量：lpt(s)＝(a₁，a₂，...a_i，...a_m)，a_i(i＝1，...，m)，定义如下：①如果对于任意的j∈(1，...，n)，A(i，j)＝0，则a_i＝0；②如果存在j∈(1，...，n)，使得A(i，j)＝1，则a_i等于使得A(i，j)＝1的最小的j值，按照以上定义得到的lpt(s)即为经过LPT变换得到的导航星s的特征向量；1.1.4、按照上面1.1.1至1.1.3的方法对导航星表中的所有导航星进行LPT变换，得到所有导航星的特征向量lpt(s)并存储起来；1.2、对观测星图中的所有观测星进行LPT变换，其变换方法和导航星的变换方法相同，1.3、寻找与观测星匹配的导航星，将某观测星的特征模式lpt(t)与导航星表中的导航星的特征模式lpt(s)一一进行比对，找出与该观测星匹配的导航星，导航星表中，观测星t的特征模式lpt(t)与导航星s的特征模式lpt(s)的相似度定义为： $\mathrm{sim}(\mathrm{lpt}\left(s\right),\mathrm{lpt}\left(t\right))=\underset{v=1}{\overset{m}{\max }}\mathrm{same}(\mathrm{cs}(\mathrm{lpt}\left(s\right),v),\mathrm{lpt}\left(t\right)),$式中，cs(lpt(s)，v)表示将lpt(s)循环左或右移v位，same定义为两个向量中对应非零位相匹配的个数，same值越大，表明对应非零位相匹配的个数越多，两个模式向量越相近，sim(lpt(s)，lpt(t))越大，表明lpt(t)和lpt(s)的相似程度越高；若满足下式：sim(lpt(s)，lpt(t))＞ξ，则观测星t和导航星s匹配，其中，ξ为相似度阈值，ξ的取值与观测星邻域伴星的数目n_neighbor有关，假设允许误匹配的伴星数目为n_wrong，则可取ξ＝n_neighbor-n_wrong，当找到2颗观测星与导航星匹配时，停止寻找；1.4、验证，利用上面找到的观测星和导航星的匹配计算星敏感器的姿态，进而，根据这个姿态产生一幅模拟的参考星图，用该参考星图与观测星图比较，如果参考星图中的星均能在观测星图中较小的邻域半径内找到对应观测星，即认为参考星图和观测星图一致，则识别正确；否则，重复1.3和1.4的步骤，直到识别正确为止。