CN104567865B - 一种星敏感器空间粒子干扰条件下的姿态捕获方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种星敏感器空间粒子干扰条件下的姿态捕获方法，当星敏感器姿态捕获受到空间粒子干扰时，对从星敏感器像面上读出的有效像元进行滚动条带式存储以得到完整的星图星点信息；利用星图星点信息进行匹配识别，在匹配失败时比较多帧星点的位置信息，对偏差较大星点进行剔除后再次进行匹配识别；利用匹配识别结果进行姿态解算，比对验证多帧姿态捕获结果，结果间偏差满足要求时判断姿态捕获成功。本发明依据多帧完整星点位置信息进行比对筛选，能准确判别空间粒子干扰造成的伪星点，保证空间环境中星敏感器姿态捕获的正确性。

Description

一种星敏感器空间粒子干扰条件下的姿态捕获方法

技术领域

本发明属于空间飞行器用恒星敏感器领域，涉及一种星敏感器空间粒子干扰条件下的姿态捕获方法。

背景技术

星敏感器是一种成像式空间姿态测量敏感器，通过对所拍星图的星点提取、识别和计算，输出星敏感器的三轴姿态信息，由于其具有高精度、高可靠性等特点，被广泛用于卫星、飞船等各类航天器中。新一代星敏感器多采用有效像元缓冲方式而非全图缓冲方式获取星点信息。但其在宇宙空间应用时，可能会受到空间粒子辐射的干扰，星敏感器敏感像面会呈现较多伪星像点，导致星敏感器有效像元缓冲区溢出，姿态捕获无法正常完成，故实现星敏感器空间粒子干扰条件下的姿态捕获是提高星敏感器空间可靠性的重要途径。

现有的星敏感器抑制类似干扰的方法如《一种快速的星敏感器星点提取方法》(作者：李玉峰，李广泽等；出处：仪器仪表学报)、《导航中星图预处理及匹配识别技术研究》(作者：赵臻；出处：国防科学技术大学硕士学位论文)等文献所述，多基于对姿态捕获时星图匹配识别方法或伪星点判别方法的改进，这些方法可以在一定程度上解决姿态捕获错误问题，但通常无法解决因空间粒子干扰引起的星敏感器像元缓冲溢出问题，在粒子干扰较严重的区域(如SAA)无法获取全星图的星点信息，不利于星敏感器姿态捕获的正常完成。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种星敏感器空间粒子干扰条件下的姿态捕获方法，使得星敏感器可以应对空间粒子干扰引起的像元缓冲区溢出问题，在粒子干扰较严重空间区域也能正常完成姿态捕获，增强了星敏感器的空间可靠性。

本发明的技术方案是：一种星敏感器空间粒子干扰条件下的姿态捕获方法，步骤如下：

1)建立计数器；建立星点信息队列sq1、sq2；

2)星敏感器在自主姿态捕获模式下，获取新的一帧星图数据；读取新的一帧星图数据最后一个像元信息，若该像元行坐标小于rth，计数器加1，并执行步骤3)；否则，计数器清零，读取新的一帧星图数据所有像元信息pq并进行星点提取，得到星点信息队列sq；对sq进行星点匹配识别，若匹配识别成功，则以sq的识别结果进行姿态解算，得到姿态数据；取该姿态数据作为姿态捕获结果，执行步骤13)；若匹配识别不成功，则重新执行步骤2)；所述的rth为星敏感器3/4像面处行坐标；

3)判断计数器的值，若计数器值为3，则执行步骤4)；否则，返回步骤2)；

4)读取新的一帧星图数据所有像元信息pq，记录最后一个像元行坐标lr；

5)对pq进行星点提取，将提取到的星点信息存入星点信息队列sq1；

6)判断lr是否小于rth，若是，则将lr写入硬件逻辑的条带起始行寄存器，获取下一帧星图数据，返回步骤4)；否则，将x写入硬件逻辑的条带起始行寄存器，获取下一帧星图数据，执行步骤7)；x为预设的起始行坐标；

7)读取新的一帧星图数据所有像元信息pq，记录最后一个像元行坐标lr；

8)针对pq进行星点提取，将提取到的星点信息存入星点信息队列sq2；

9)判断lr是否小于rth，若是，则将lr写入硬件逻辑的条带起始行寄存器，获取下一帧星图数据，返回步骤7)；否则，执行步骤10)；

10)分别对sq1和sq2进行星点匹配识别，若匹配识别均成功，则执行步骤11)；否则，执行步骤12)；

11)分别以sq1和sq2的识别结果进行姿态解算，获得二者的姿态数据，若二者姿态数据偏差小于阈值qth，则取sq1对应姿态数据作为姿态捕获结果，执行步骤13)；否则，执行步骤12)；

12)剔除sq1和sq2中互不处于对方星点周围N像元邻域内的星点，分别对剔除星点后的sq1和sq2进行星点匹配识别，若匹配识别均成功，分别以sq1和sq2的识别结果进行姿态解算，获得二者的姿态数据，若二者姿态数据偏差小于阈值qth，则取sq1对应姿态数据作为姿态捕获结果，则执行步骤13)；否则，将x写入硬件逻辑的条带起始行寄存器，获取下一帧星图数据，返回步骤4)；

13)采用姿态捕获结果跟踪实际恒星。

本发明与现有技术相比的积极效果：

1、在空间环境中可稳定获得完整星图星点信息。现有技术会采用有效像元缓冲存储星点信息，在空间粒子干扰下像元缓冲会溢出，导致无法获取完整的星图星点信息；本发明采用滚动条带方式存储有效像元信息，在空间粒子干扰下可稳定获取完整星图星点信息；

2、有效避免姿态捕获错误问题。现有技术多通过改进识别方法或依据单个疑似星点像元分布特征判别伪星点达到避免姿态捕获过程中的星点错误匹配问题，对于空间粒子干扰造成的伪星点与真实星点位置特征和像元分布特征近似的情况，现有技术无分辨能力，可能在空间粒子干扰条件下姿态捕获错误；本发明依据多帧完整星点位置信息进行比对筛选，能准确判别空间粒子干扰造成的伪星点，保证空间环境中星敏感器姿态捕获的正确性。

附图说明

图1为本发明的实现示例流程图；

图2为条带方式的实现示例流程图。

具体实施方式

本发明已应用于国产某小型星敏感器，具体实施步骤如下：

1)建立计数器；建立星点信息队列sq1、sq2；

2)星敏感器在自主姿态捕获模式下，获取新的一帧星图数据；读取新的一帧星图数据最后一个像元信息，若该像元行坐标小于rth，计数器加1，并执行步骤3)；否则，计数器清零，读取新的一帧星图数据所有像元信息pq并进行星点提取，得到星点信息队列sq；对sq进行星点匹配识别，若匹配识别成功，则以sq的识别结果进行姿态解算，得到姿态数据；取该姿态数据作为姿态捕获结果，执行步骤13)；若匹配识别不成功，则重新执行步骤2)；所述的rth为星敏感器3/4像面处行坐标；

3)判断计数器的值，若计数器值为3，则执行步骤4)；否则，返回步骤2)；

4)读取新的一帧星图数据所有像元信息pq，记录最后一个像元行坐标lr；

5)对pq进行星点提取，将提取到的星点信息存入星点信息队列sq1；

6)判断lr是否小于rth，若是，则将lr写入硬件逻辑的条带起始行寄存器，获取下一帧星图数据，返回步骤4)；否则，将x写入硬件逻辑的条带起始行寄存器，获取下一帧星图数据，执行步骤7)；x为预设的起始行坐标；

7)读取新的一帧星图数据所有像元信息pq，记录最后一个像元行坐标lr；

8)针对pq进行星点提取，将提取到的星点信息存入星点信息队列sq2；

9)判断lr是否小于rth，若是，则将lr写入硬件逻辑的条带起始行寄存器，获取下一帧星图数据，返回步骤7)；否则，执行步骤10)；

10)分别对sq1和sq2进行星点匹配识别，若匹配识别均成功，则执行步骤11)；否则，执行步骤12)；

11)分别以sq1和sq2的识别结果进行姿态解算，获得二者的姿态数据，若二者姿态数据偏差小于阈值qth，则取sq1对应姿态数据作为姿态捕获结果，执行步骤13)；否则，执行步骤12)；

12)剔除sq1和sq2中互不处于对方星点周围N像元邻域内的星点，分别对剔除星点后的sq1和sq2进行星点匹配识别，若匹配识别均成功，分别以sq1和sq2的识别结果进行姿态解算，获得二者的姿态数据，若二者姿态数据偏差小于阈值qth，则取sq1对应姿态数据作为姿态捕获结果，则执行步骤13)；否则，将x写入硬件逻辑的条带起始行寄存器，获取下一帧星图数据，返回步骤4)；

13)采用姿态捕获结果跟踪实际恒星。

如图1所示，举例说明了以上步骤的实现过程。图中，将步骤3)～5)和步骤6)～9)描述的过程称为条带方式；将步骤12)用到的姿态数据偏差阈值qth取为1°；将步骤12)用到的像元领域范围N取为50像元。这些参数适用于视场为Ф20°，像面大小为1024×1024的星敏感器。

如图2所示，对于上述条带方式进行举例描述。图中，步骤5)用到的预设起始行取为9，行坐标阈值取为768，即像面大小为1024×1024时的3/4像面处行坐标。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种星敏感器空间粒子干扰条件下的姿态捕获方法，其特征在于步骤如下：

1)建立计数器；建立星点信息队列sq1、sq2；

2)星敏感器在自主姿态捕获模式下，获取新的一帧星图数据；读取新的一帧星图数据最后一个像元信息，若该像元行坐标小于rth，计数器加1，并执行步骤3)；否则，计数器清零，读取新的一帧星图数据所有像元信息pq并进行星点提取，得到星点信息队列sq；对sq进行星点匹配识别，若匹配识别成功，则以sq的识别结果进行姿态解算，得到姿态数据；取该姿态数据作为姿态捕获结果，执行步骤13)；若匹配识别不成功，则重新执行步骤2)；所述的rth为星敏感器3/4像面处行坐标；

3)判断计数器的值，若计数器值为3，则执行步骤4)；否则，返回步骤2)；

4)读取新的一帧星图数据所有像元信息pq，记录最后一个像元行坐标lr；

5)对pq进行星点提取，将提取到的星点信息存入星点信息队列sq1；

6)判断lr是否小于rth，若是，则将lr写入硬件逻辑的条带起始行寄存器，获取下一帧星图数据，返回步骤4)；否则，将x写入硬件逻辑的条带起始行寄存器，获取下一帧星图数据，执行步骤7)；x为预设的起始行坐标；

7)读取新的一帧星图数据所有像元信息pq，记录最后一个像元行坐标lr；

8)针对pq进行星点提取，将提取到的星点信息存入星点信息队列sq2；

9)判断lr是否小于rth，若是，则将lr写入硬件逻辑的条带起始行寄存器，获取下一帧星图数据，返回步骤7)；否则，执行步骤10)；

10)分别对sq1和sq2进行星点匹配识别，若匹配识别均成功，则执行步骤11)；否则，执行步骤12)；

11)分别以sq1和sq2的识别结果进行姿态解算，获得二者的姿态数据，若二者姿态数据偏差小于阈值qth，则取sq1对应姿态数据作为姿态捕获结果，执行步骤13)；否则，执行步骤12)；

12)剔除sq1和sq2中互不处于对方星点周围N像元邻域内的星点，分别对剔除星点后的sq1和sq2进行星点匹配识别，若匹配识别均成功，分别以sq1和sq2的识别结果进行姿态解算，获得二者的姿态数据，若二者姿态数据偏差小于阈值qth，则取sq1对应姿态数据作为姿态捕获结果，则执行步骤13)；否则，将x写入硬件逻辑的条带起始行寄存器，获取下一帧星图数据，返回步骤4)；

13)采用姿态捕获结果跟踪实际恒星。