CN100342412C - 一种划分导航星表的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航天技术，涉及对导航星表划分方法的改进。本发明步骤是：用天球的内接正方体将天球球面均匀分成六个区域，对于六块球面中的每一块，将其划分成N×N的小块，计算每个子块的对应中轴线和边界点的方向矢量，扫描导航星表，将每颗导航星都归属于相应的子块，建立分区表，将导航星所属子块的序号存储在导航星表中。本发明在直角坐标系下实现了对天区均匀无重叠的划分，检索效率高。

Description

一种划分导航星表的方法

技术领域

本发明属于航天技术，涉及对导航星表划分方法的改进。

背景技术

星敏感器是当今航天飞行器中广泛采用的一种高精度、高可靠性的姿态测量部件，其工作原理为：CCD(或者CMOS)图像传感器拍摄当前视场范围内的星空图像，图像经信号处理，提取星体在观测视场中的位置(和亮度)信息，并由星图识别算法在导航星表中找到观测星的对应匹配，最后利用这些匹配星对计算出星敏感器的三轴姿态。为了星敏感器星图识别的需要，需要从标准星表中选取亮度位于一定范围的星，用这些星来组建一个规模较小的适合星图识别的星表。通常把这个星表称为导航星表，导航星表中所包含的星称为导航星。如何快速的检索导航星是制定导航星表过程中所必须考虑的问题。导航星的快速检索方法对星图识别，特别是跟踪状态下和有先验姿态信息的星图识别非常重要。导航星表中的导航星的排列无规律可言，这就意味着，如果要抽取某一视轴指向的一定范围天区的导航星必须对整个导航星表作一次遍历。显然，这样搜索的效率非常低。因此，常常需要对导航星表(天区)进行划分，以实现对导航星表的快速检索。现有的导航星表的划分的方法主要有以下几种：

①赤纬带法。这种方法将天区用平行与赤道的平面将天球划分成一条条的球带(子块)，每个球带在赤纬上的跨度均相等。采用这种方法可以直接用赤纬值对导航星表中导航星进行检索。赤纬带法存在的问题在于各个子块的分布极其不均匀，检索效率低。

②球矩形法。这种方法按照赤经圈和赤纬圈将天球分为不重叠的区域，参见图1。这种以赤经和赤纬为坐标的球矩形并不能与实际的视场等同，从图可以看出，不同纬度的球矩形的尺寸不同，因此这种划分方法仍然是不均匀的。此外，在天极附近，子块不能完全用球矩形的形式来表示，这样在天极附近的判断将比较复杂。

③圆锥法。这种方法用许多的圆锥将天球面分成大小完全相等的区域，参见图2。当相邻圆锥轴线之间的夹角选取到合适值时，可以保证对于任意一个视轴指向的视场所包含的导航星一定落在某个圆锥所确定的范围之内。采用这种方法，如果已知星敏感器的粗略视轴指向，可以迅速的列出其可能和视场内观测星对应的匹配的导航星星。由于圆锥面是互相重叠的，因此这样的划分会包含大量的冗余信息，对存储容量的要求比较大。导航星表的划分是构建导航星表过程中的一项基础性的工作。现有的导航星表划分方法无法同时做到均匀和无重叠，检索效率比较低。

发明内容

本发明的目的是：本发明提出一种新的导航星表划分方法，它同时具有均匀和无重叠的优点，从而实现了导航星表的快速检索。

本发明的技术方案是：一种划分导航星表的方法，其特征在于，采用在直角坐标系下划分天区的方法，其步骤如下：

(1)用天球的内接正方体将天球球面均匀分成六个区域，天球中心和正方体每一侧面四个顶点的连线构成一个锥体，该锥体和球面相交并将其分成六块；

(2)对于六块球面中的每一块，按横纵方向将其均匀划分成N×N的小块，这样，整个天球球面被划分为6×N×N个子块，每个子块所包含的区域相等，相当于视场为

大小的范围，通过计算得到每个子块的对应中轴线和边界点的方向矢量，从而确定每个子块在天球上的范围；

(3)按照以上方法将天球划分以后，扫描导航星表，将每颗导航星都归属于相应的子块，建立分区表，其结构如下：分区表共有6×N×N个分区，分别代表各个子块，每个分区记录以下信息：

Index            该子块的序号；

x，y，z          该子块中轴线的方向矢量；

Member num       该子块所包含导航星的总数目；

Member list      该子块所包含导航星的列表；

Neighbor num     该子块的邻近子块的总数目；

Neighbor list    该子块的邻近子块序号的列表；

其中x，y，z按大小升序或者降序排列；

(4)将导航星所属子块的序号存储在导航星表中。

本发明的优点是：第一、在直角坐标系下实现了对天区均匀无重叠的划分，检索效率高。

第二、通过分区表来存储天区划分信息，同时在导航星表中存储导航星的所属子块序号，从而实现了从初始姿态(视轴指向)或者导航星序号到导航星表的快速检索。

附图说明

图1是球矩形法对天区划分示意图。

图2是圆锥法对天区划分示意图。

图3是本发明对天区均匀无重叠的划分示意图。其中a是用内接正方体将天球球面均匀分成六个区域的示意图，b是将六个区域再分别划分成N×N个均匀子块的示意图，c是N×N个均匀子块在相应内接正方体端面上投影分布的示意图，d是子块及其邻近子块示意图。

图4是本发明中的分区表结构图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。由于赤经赤纬坐标在空间上本身是不均匀的，因此在这样的坐标系下对天球的划分也不可能是均匀的。考虑到这一情况，本发明采用一种与现有方法不同的形式在直角坐标系下对天区重新进行划分，其步骤如下：

(1)用天球的内接正方体将天球球面均匀的分成六个区域，如图3(a)所示。天球中心和正方体每一侧面四个顶点的连线构成一个锥体，锥体和球面相交并将其分成六块。

(2)对于六块球面中的每一块，按横纵方向将其均匀划分成N×N的小块，这样，整个天球球面被划分为6×N×N个子块，每个子块所包含的区域相等，相当于视场为

大小的范围，通过计算得到每个子块的对应中轴线和边界点的方向矢量，从而确定每个子块在天球上的范围；

(3)按照以上方法将天球划分，扫描导航星表，将每颗导航星都归于相应的子块，建立一个分区表。分区表的结构如图4所示。

分区表共有6×N×N个分区，分别代表各个子块，每个分区记录以下信息：

Index           该子块的序号

x，y，z         该子块中轴线的方向矢量

Member num        该子块所包含导航星的总数目

Member list       该子块所包含导航星的列表

Neighbor num      该子块的邻近子块的总数目，如图3(d)所示。

Neighbor list     该子块的邻近子块序号的列表

其中(x，y，z)按大小升序(或者降序)排列。

(4)为便于从导航星的序号快速的检索到其临近区域的导航星，我们将导航星所属子块的序号也存储在导航星表中。

如果已知视轴的指向的方向矢量(或赤经赤纬坐标)，可迅速在天区上找到相应子块及临近的子块。利用以上方法构建导航星表和分区表，可以实现从初始姿态(视轴指向)或者导航星序号到一定邻域范围内导航星表的快速检索。

实施例，利用本发明方法，取N＝9，即把天区划分成6×9×9＝486个子块，每个子块为10°×10°大小。采用这种方法，对导航星的检索不再需要遍历整个导航星表，平均搜索的范围为以前的9/486＝1/54。

Claims (1)

1、一种划分导航星表的方法，其特征在于，采用在直角坐标系下划分天区的方法，其步骤如下：

(1)用天球的内接正方体将天球球面均匀分成六个区域，天球中心和正方体每一侧面四个顶点的连线构成一个锥体，该锥体和球面相交并将其分成六块；

(2)对于六块球面中的每一块，按横纵方向将其均匀划分成N×N的小块，这样，整个天球球面被划分为6×N×N个子块，每个子块所包含的区域相等，相当于视场为 大小的范围，通过计算得到每个子块的对应中轴线和边界点的方向矢量，从而确定每个子块在天球上的范围；

(3)按照以上方法将天球划分以后，扫描导航星表，将每颗导航星都归属于相应的子块，建立分区表，其结构如下：分区表共有6×N×N个分区，分别代表各个子块，每个分区记录以下信息：

Index            该子块的序号；

x，y，z          该子块中轴线的方向矢量；

Member num       该子块所包含导航星的总数目；

Member list      该子块所包含导航星的列表；

Neighbor num     该子块的邻近子块的总数目；

Neighbor list    该子块的邻近子块序号的列表；

其中x，y，z按大小升序或者降序排列；

(4)将导航星所属子块的序号存储在导航星表中。

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