一种双视场星敏感器星图识别方法技术

本发明专利技术公开了一种双视场星敏感器星图识别方法，该方法首先利用两个探头光轴指向关系，任选一个视场作为基准，利用旋转矩阵将两个视场的恒星星点坐标进行坐标系的统一；然后利用本发明专利技术提出的双视场星图识别算法，对统一坐标系后的所有星点进行匹配识别。本发明专利技术相较于传统星图识别方法，主星确定后，引入一个评价指标，综合考虑恒星的星等与距离信息，识别结果可靠性更好。结果可靠性更好。结果可靠性更好。

【技术实现步骤摘要】
一种双视场星敏感器星图识别方法


[0001]本专利技术涉及星图识别
，尤其涉及一种双视场星敏感器的星图识别方法。

技术介绍

[0002]目前多数高分辨率遥感卫星均选择星敏感器作为对姿态进行控制的主要控件，这主要是受其定姿结果可靠、定姿精度高并且拥有较强自主性的特性所决定。随着影像产品对几何定位精度的要求越来越高，单一视场定姿精度已经无法满足需求。采用星敏感器进行定姿的关键处是星图识别，识别率以及识别效率可以作为衡量星图识别算法能否满足需求的标准。
[0003]目前，大量基于星敏感器的星图识别算法主要针对的对象是单一视场星敏感器，可以将其大致分为两类，子图同构与模式识别。前者主要是把恒星看做一个多边形的顶点，利用已知的恒星视星等以及通过计算求取出的恒星星对角距信息，连接多颗恒星，将其构造成多边形，以此作为特征，从而完成匹配识别。构造三角形、匹配组的识别模式是其中较为经典的算法。这一类算法益处是算法本身容易实现，但缺点也很明显，算法受噪声影响较大，同时，导航星库中存储的星间角距过多，容易造成识别效率的低下。后者的识别效率得到明显的提高，算法核心在于分别对每颗恒星进行特征分析，构造其唯一特征，利用特征的唯一性，在导航星表中进行查找匹配。基于栅格算法、统计特征识别法为此类中较为经典的算法，但其缺点是特征不容易构造，算法比较复杂。以上两类传统的单视场星图识别算法均不能完全适用于多视场星敏感器。
[0004]为了保证星敏感器定姿精度足够高，对角分辨率的要求较高，而视场大小与分辨率存在相互制约性，若采用较小视场角，那么获取的恒星数量受到限制，容易造成姿态的丢失；若增大视场角，则会降低角分辨率，姿态精度无法达到要求。基于此，二者之间的矛盾，成为了限制定姿精度的主要原因。多视场星敏感器很好的解决了这一矛盾，多探头同时工作的模式，可以捕捉足够的恒星信息用以匹配识别，同时可以采用较小视场角，以满足角分辨率的需求。捕捉的恒星信息在天区中的分布较为分散，可以很好的提升垂直光轴方向的姿态精度，是未来星敏感器发展的主流。
[0005]目前国内公开的多视场星敏感器星图识别相关算法较少，尤政等人公开专利技术了一种双视场星敏感器，星敏感器内部装置一个成45
°
倾斜的平面镜，以保证经过视场入射的光线在进行透射的同时进行光线反射，两个视场共用一个CCD成像，根据光线角度，可以计算出几何关系，从而完成星图识别。这种方法不宜区分CCD中的星点来自哪个视场，并且入射光线经过反射，必然会导致光线的丢失，对成像星点亮度带来影响。王昊京等人利用电子设备对不同视场光轴指向进行粗侧，以减小导航星库存储量，优先在视场内进行三角形识别，若无法成功识别，则联合其它视场进行识别。但三角形算法局限性较多，同时，电子设备精度有限。熊雪、姜迪等人均针对多视场提出了相关星图识别算法，但此类算法的核心是对星图的拼接或者融合，而拼接、融合的前提是不同视场拍摄成像的星图具有重复星，若视场光轴夹角较大，星图中不包含重叠恒星，则此类算法无法进行。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种双视场星敏感器的星图识别方法，本方法不受星敏感器光轴夹角限制，具有较高的星图识别率以及识别速度。
[0007]本专利技术的目的通过以下的技术方案来实现：
[0008]一种双视场星敏感器的星图识别方法，包括：
[0009]S1获取同一时刻，两个视场拍摄到的恒星星点坐标；
[0010]S2将视场的恒星星点坐标转换为像空间坐标，并进行矢量归一处理；
[0011]S3利用两个视场的光轴指向关系，选其中一视场作为基准，利用旋转矩阵将两个视场的恒星星点坐标进行坐标系的统一；
[0012]S4利用星点亮度信息，将所有的恒星星点按照从亮至暗的顺序进行排序；
[0013]S5分别选择两个视场中最亮的星点作为主星，以主星为基准，分别确定两个视场的搜索半径；
[0014]S6计算搜索半径内所有恒星的灰度总和以及与主星之间的角距总和，引入评价指标；
[0015]S7以各自视场的主星为基准，选定主星搜索半径内指标值最大与次大的两颗星作为伴星；
[0016]S8根据恒星出现的次数，筛选出所有可能是主星的候选星，两组候选星两两构成主星候选星对；
[0017]S9将选取的伴星相连，以及主星与各自的伴星相连，确定候选星对信息，进行匹配识别；
[0018]S10将未参与匹配识别的恒星与主星模型相连，并对星角距进行计算，将星对角距与导航星库中保存的星对角距信息进行差值计算，若二者差值满足匹配门限要求，将该星对视为候选星，同时候选星的星号需要能够保证与 S7中的几颗恒星星号成功相连，此时，则该星成功匹配；
[0019]循环遍历，直至该帧星图中，所有星点完成匹配。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的一个或多个实施例可以具有如下优点：
[0021](1)采用统一坐标系的形式，将第二视场星点坐标转换到第一视场下，避免了星图识别方法受两个视场光轴夹角的限制；
[0022](2)引入一个评价指标，指标中考虑了恒星亮度信息以及距离信息，以此构造出主星模型，此方法选取的恒星识别结果可靠性更好；
[0023](3)主星模型成功匹配后，副星识别是在主星模型的基础上进行，减少了匹配计算量，降低了算法对硬件的要求，降低了硬件成本。
附图说明
[0024]图1是双视场星敏感器的星图识别方法流程图；
[0025]图2是双视场成像模型图；
[0026]图3是构造主星模型示意图。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述。
[0028]如图1所示，为双视场星敏感器的星图识别方法，包括以下步骤：
[0029]步骤1：获取同一时刻，两个视场拍摄到的恒星星点坐标。
[0030]步骤2：分别将各自视场的恒星星点坐标转换为像空间坐标，并进行矢量归一处理，如公式(1)所示。
[0031][0032]其中，(X0,Y0)是星敏感器的透镜中心成像在像平面中的主点，f是其焦距。
[0033]步骤3：利用两个视场的光轴指向关系，任选其中一个视场作为基准，利用旋转矩阵将两个视场的恒星星点坐标进行坐标系的统一，式(2)为将第二视场下的坐标转换到第一视场下的转换公式。
[0034]W
12
＝AW2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0035]其中，A为第二视场到第一视场的旋转矩阵，W2为第二视场恒星矢量， W
12
为转换后的恒星矢量信息。
[0036]步骤4：此时第一视场中的恒星星点数为两个视场恒星星点数量的总和，利用星点的亮度信息，将所有的恒星星点按照从亮至暗的顺序进行排序。
[0037]步骤5：确定主星。主星的选择至关重要，后续恒星的选取以及匹配识别均在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双视场星敏感器星图识别方法，其特征在于，包括：S1获取同一时刻，两个视场拍摄到的恒星星点坐标；S2将视场的恒星星点坐标转换为像空间坐标，并进行矢量归一处理；S3利用两个视场的光轴指向关系，选其中一视场作为基准，利用旋转矩阵将两个视场的恒星星点坐标进行坐标系的统一；S4利用星点亮度信息，将所有的恒星星点按照从亮至暗的顺序进行排序；S5分别选择两个视场中最亮的星点作为主星，以主星为基准，分别确定两个视场的搜索半径；S6计算搜索半径内所有恒星的灰度总和以及与主星之间的角距总和，引入评价指标；S7以各自视场的主星为基准，选定主星搜索半径内指标值最大与次大的两颗星作为伴星；S8根据恒星出现的次数，筛选出所有可能是主星的候选星，两组候选星两两构成主星候选星对；S9将选取的伴星相连，以及主星与各自的伴星相连，确定候选星对信息，进行匹配识别；S10将未参与匹配识别的恒星与主星模型相连，并对星角距进行计算，将星对角距与导航星库中保存的星对角距信息进行差值计算，若二者差值满足匹配门限要求，将该星对视为候选星，同时候选星的星号需要能够保证与S7中的几颗恒星星号成功相连，此时，则该星成功匹配；循环遍历，直至该帧星图中，所有星点完成匹配。2.根据权利要求1所述的双视场星敏感器星图识别方法，其特征在于，所述步骤S2中矢量归一处理公式为：其中，(X0,Y0)是星敏感器的透镜中心成像在像平面中的主点，f是其焦距。3.根据权利要求1所述的双视场星敏感器星图识别方法，其特征在于，所述S3中两个视场分别为第一视场和第二视场，其中，将第二视场下的坐标转换到第一视场下的转换公式为：W
12
＝AW2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，A为第二视场到第一视场的旋转矩阵，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢俊峰，金杰，莫凡，李响，赵健伊，付莹，梅永康，褚存，陈辉，
申请(专利权)人：自然资源部国土卫星遥感应用中心，
类型：发明
国别省市：