一種采用十字鏈表的星敏感器篩選導航星的方法技術

本發明專利技術涉及一種采用十字鏈表的星敏感器篩選導航星的方法，包括：一、根據星敏感器的極限星等，對全天球的原始星表作星過濾處理，并確定星數閾值Nth；二、所述星敏感器在當前天區視場內的剩余星的數量設為N，若N≤Nth，則所述剩余星都選為導航星，執行步驟三；若N＞Nth，則通過多尺度像面分割篩選所述當前天區視場內的導航星，三、所述當前天區視場的導航星篩選結束后，所述星敏感器轉到下一方位重復步驟（二）篩選導航星，直至遍歷全天球；本發明專利技術中的采用多尺度像面分割篩選的方法能適應不同天區的星數變化刪除星分布高密度天區的冗余星，保留低密度天區的所有星，并且篩選的導航星分布均勻。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于天文導航
，涉及。
技術介紹
星敏感器通過星圖識別，比較觀測星星組和導航星星組的特征，識別觀測星，確定它們在本體坐標系和慣性坐標系中的坐標，從而測量出衛星姿態，是現代航天領域中一種精度最高的衛星姿態測量儀器。星圖識別是星敏感器的核心技術，建立導航星星庫是識別星圖的重要前提，合理選擇導航星對于降低導航星星組特征相似性，提高星圖識別速率和星圖識別成功率，增強星敏感器抗偽星干擾能力，提高姿態測量精度有重要意義。導航星在全天球上分布均勻時，導航星星組特征冗余性小，星圖識別穩定性高，通常以導航星分布均勻性評價優選(篩選)算法，目前的導航星優選(篩選)算法大致可以·分為兩大類。第一類算法以導航星在全天球的均勻分布為出發點。1998年林濤等提出的正交網格方法將單位天球投影到平面上，正交分割該投影平面，將全天球分成很多互不交叉的等面積天區，在每個天區中選取一顆恒星為導航星。由于天區長寬比隨著緯度變化，導航星密度并不均勻。2004年Samaan, Malak A等提出的球面分塊法(The Spherical Patchesmethod)、固定斜度螺旋線法(The Fixed-Slope Spiral method)和帶電粒子法(TheCharged Particles method)等算法均分天球,每個天區長寬比與所處位置的關系不大,得到的導航星分布也更均勻。2004年發表在ELECTRONICS LETTERS第40卷第2期上的基于玻爾茲曼熵的導航星優選算法，從選定的兩顆導航星出發，逐個選取其他導航星，使所有已選導航星的玻爾茲曼熵最小，該算法可以有效刪除冗余星，獲得均勻的全天球導航星分布。此類算法較少考慮星敏感器的視場和各個天區視場內導航星的數目，雖然可以實現導航星均勻分布，但當視場很大時，每次可觀測到的導航星仍有冗余。第二類算法從導航星在局部天球上的均勻分布出發，實現在全天球上的均勻分布。2000年李立宏等提出星等加權方法，按照星等給每顆恒星賦予不同的權值，低星等的恒星有高權值，高星等的恒星有低權值，根據權值選取導航星，算法優于正交網格方法，但該算法較少考慮恒星位置，導航星分布均勻性有待提高。2002年Texas A&M大學Hye-YoungKim等提出了自組織導航星選取算法，在滿足任意軸指向的視場內達到一定導航星數的前提下，根據恒星的位置關系，逐個挑選導航星，導航星分布在局部和全天球上都較均勻。2004年鄭勝等提出的回歸選取算法根據視場內可觀測到的恒星數，基于支持向量機的方法，生成動態星等閾值，依據該閾值篩選不同天區視場內的觀測星獲得導航星，該方法能得到比較均勻的導航星分布，但對于有固定極限星等的星敏感器，回歸選取算法得到的導航星分布仍不夠均勻
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種采用十字鏈表計算質心，并適用于星敏感器以均勻篩選出導航星的方法。本專利技術的基本思想是，由于星敏感器的視場內的天區只占據全天球的很小一部分，所以該視場內的天區可看成是平面區域，如果任意視場內的導航星成像的像面均勻分布，那么導航星在全天球上也近似均勻分布。這樣，可以根據像面上的星像密度篩選導航星，把導航星在全天球上的分布問題轉換為其星像在像面上的分布問題。在所述基本思想下，本專利技術提供了，包括步驟一、根據星敏感器的極限星等，對全天球的原始星表作星過濾處理，即刪除雙星、變星和星等高于極限星等的恒星；并根據星圖識別算法確定星數閾值Nth ；步驟二、所述星敏感器在當前天區視場內的剩余星的數量設為N，若N < Nth，則所述剩余星都選為導航星，執行步驟三； Sn > Nth，則通過多尺度像面分割篩選所述當前天區視場內的導航星，其步驟如下步驟(I)將所述剩余星成像到像面，把該像面分割為行數為P、列數為q的正交網格；所述正交網格中的每個網格為一個小區；步驟(2)依次遍歷各小區，檢查其中剩余星的數量，其中，若一小區剩余星的數量有多顆，則保留其中最亮的一顆星，刪除其余星；同時判斷此時剩余星的數量，若衫Nth,則設當前剩余星為導航星，遍歷結束，執行步驟三> Nth，則繼續遍歷；若遍歷所有小區后，N仍大于Nth，則把小區當作像元，若小區內有星，則該像元的灰度值為非0，若小區內無星，則該像元的灰度值為0，遍歷后的具有剩余星的相鄰小區劃分為連通域，將正交網格數據存儲為十字鏈表，采用區域增長算法計算出各連通域的質心坐標；步驟(3)選取小區數最多的連通域，設在該連通域中離該連通域的質心坐標最近的一顆星為冗余星；若該連通域中離質心坐標最近的星有多顆，則其中最暗的一顆星為冗余星；若小區數最多的連通域有多個，則選擇這些連通域中最暗的一顆星為冗余星；刪除所述冗余星；判斷此時剩余星的數量，若N<Nth，則設當前剩余星為導航星，執行步驟三；若N> Nth，則重復該步驟(3)；步驟(4)若不再有連通域后；N仍大于Nth，則所述P和q的取值都減1，重復步驟(I)至(4);直到N彡Nth;步驟三、所述當前天區視場的導航星篩選結束后，所述星敏感器轉到下一方位重復步驟二篩選導航星，直至遍歷全天球。進一步，所述步驟(2)中所述若一小區剩余星的數量有多顆，則保留其中最亮的一顆星，刪除其余星的方法包括在所述正交網格中預先定義三個二維數組Marray、Idarray和MAGarray ;若所述正交網格中第m行、η列的小區有至少有一顆星,貝UMarray =l,否則為零；若所述小區內有多顆星，貝1J用IDarray 和MAGarray 分別記錄最亮的一顆星的星號和星等，并刪除其余星。進一步，為了快速的提取連通域的質心坐標，所述步驟(2)中所述將正交網格數據存儲為十字鏈表，采用區域增長算法計算出各連通域的質心坐標的方法。該方法的基本思想是經過灰度閾值處理后的星圖，星像只占少部分區域，大部分區域灰度值為O。以十字鏈表稀疏矩陣結構記錄星圖，可剔除無關信息，避免重復判斷非星像像元。通過處理十字鏈表，即可完成提取星像。區域增長算法從啟始種子開始連通星像區域，減少了判斷非星像像元的次數。星圖以十字鏈表存儲時，十字鏈表的每個節點都代表星像像元。而以區域增長算法處理十字鏈表星圖，不必再判斷當前像元是否為星像像元。這樣，可以避免重復掃描星圖。如果十字鏈表中的星像像元已經連通，當提取一個連通區域后，該區域像元已全部從鏈表中刪除。提取出的像元數據直接用于計算星像質心。按照區域增長算法的基本原理，在一個星像區域的增長過程中遇到的每一個灰度大于閾值的像元都是種子，它們將執行相同的任務，檢查鄰域是否有新的種子，直到在新種子鄰域中找不到未知的種子，此時一個星像區域已經連通。在該基本思想下，所述步驟(2)中所述將正交網格數據存儲為十字鏈表，采用區域增長算法計算出各連通域的質心坐標的方法包括 步驟A、所述若小區內有星，則該像元的灰度值為非0，若小區內無星，則該像元的灰度值為0，即把所述二維數組Marray轉換成一星圖，所述各連通域轉換成各星象，并將所述星圖轉換為十字鏈表；提取灰度值為非O的星圖像元的坐標(X，7)和灰度值^1，y)，并把所述星像像元的坐標(X，y)和灰度值f (X，y)存儲到十字鏈表的節點中；步驟B、定義初始值為O的三個變量ACC1、ACC2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種采用十字鏈表的星敏感器篩選導航星的方法，包括：步驟一、根據星敏感器的極限星等，對全天球的原始星表作星過濾處理，即刪除雙星、變星和星等高于極限星等的恒星；并根據星圖識別算法確定星數閾值Nth；步驟二、所述星敏感器在當前天區視場內的剩余星的數量設為N，若N≤Nth，則所述剩余星都選為導航星，執行步驟三；若N＞Nth，則通過多尺度像面分割篩選所述當前天區視場內的導航星，其步驟如下：步驟(1)將所述剩余星成像到像面，把該像面分割為行數為p、列數為q的正交網格；所述正交網格中的每個網格為一個小區；步驟(2)依次遍歷各小區，檢查其中剩余星的數量，其中，若一小區剩余星的數量有多顆，則保留其中最亮的一顆星，刪除其余星；同時判斷此時剩余星的數量，若N≤Nth，則設當前剩余星為導航星，遍歷結束，執行步驟三；若N＞Nth，則繼續遍歷；若遍歷所有小區后，N仍大于Nth，則把小區當作像元，若小區內有星，則該像元的灰度值為非0，若小區內無星，則該像元的灰度值為0，遍歷后的具有剩余星的相鄰小區劃分為連通域，將正交網格數據存儲為十字鏈表，采用區域增長算法計算出各連通域的質心坐標；步驟（3）選取小區數最多的連通域，設在該連通域中離該連通域的質心坐標最近的一顆星為冗余星；若該連通域中離質心坐標最近的星有多顆，則其中最暗的一顆星為冗余星；若小區數最多的連通域有多個，則選擇這些連通域中最暗的一顆星為冗余星；刪除所述冗余星；判斷此時剩余星的數量，若N≤Nth，則設當前剩余星為導航星，執行步驟三；若N＞Nth，則重復該步驟（3）；步驟（4）若不再有連通域后；N仍大于Nth，則所述p和q的取值都減1，重復步驟（1）至（4）；直到N≤Nth；步驟三、所述當前天區視場的導航星篩選結束后，所述星敏感器轉到下一方位重復步驟二篩選導航星，直至遍歷全天球。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳峰，沈為民，朱錫芳，
申請(專利權)人：常州工學院，蘇州大學，
類型：發明
國別省市：