CN108645399B - 一种星敏感器导航星表筛选方法 - Google Patents

Abstract

一种星敏感器导航星表筛选方法，首先剔除星表中星等大于星敏感器极限探测星等的导航星及星表中恒星属性标识为双星、变星的导航星，然后依据星等大小，根据参考角距由小至大依次筛选星表中的备选导航星，然后在根据备选导航星和目标导航星的角距再筛选两次备选导航星，获得导航星表。本发明优选具有高信噪比的亮星，解决了现有星表筛选过程复杂、冗余导航星较多、星表分布不均匀的问题。

Description

一种星敏感器导航星表筛选方法

技术领域

本发明涉及一种星敏感器导航星表筛选方法，属于航天测量控制技术领域。

背景技术

导航星表作为星敏感器软件的必要组成部分，是实现其姿态解算功能的基础数据。受星上有限的硬件资源制约，以及高精度、高可靠、可全天自主星图识别的应用要求，星敏感器用导航星表应具备占用存储空间小、天区覆盖全、坐标精度高的特性，为产品工作持续快速地提供均匀、精确的导航星数据。

针对这一应用目标，当前星敏感器常见导航星表筛选方法有“正交网格法”、“星等加权法”、“精度反算法”以及“自组织选择法”等，这些方法或偏重于局部平均性或实现过程过于复杂，实际应用效果不佳。

正交网格法是将天球球面均匀划分为若干个面积相等互不重叠的区域，各区域仅保留最亮的一颗恒星作为导航星。该方法只能保证所选导航星为网格内最优，而非产品视场内恒星分布最优，且存有将相距较近的两颗恒星同时选用为导航星的问题。

星等加权法按星等赋予待选导航星以相应权值，恒星越亮(星等越小)对应权值越大，依一定规则，选取权重较大的导航星作为导航星。该方法主要问题在于不能保证最终生成导航星表的分布均匀性。

上海航天控制工程研究所的孙朔东等提出“精度反算法”进行星表筛选，其原理是通过随机指向，将视场内各导航星投影到星敏感器上进行姿态解算，剔除引起测量精度降低的导航星。此方法缺点有两个：a)实际应用中星敏感器测量精度影响因素较多，除与星点的分布构形相关外，还与产品硬件参数、各恒星的能量、导航星具体投影位置等多个因素相关，而仅通过投影仿真难以进行精确的评估；b)该方法筛选过程具有随机性，两次相同抽样次数对同一基础星表进行筛选，因抽样天区次序不同也可能导致不同的导航星表，显然该方法不够合理。

自组织选择法采用按一定规则对密集天区进行稀疏处理，虽然得到导航星数较少且可避免出现天区空洞，但实现过程过于复杂，为得到较好的结果，需进行多级星表缩减操作，用时较长。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种星敏感器导航星表筛选方法，解决了星表制备过程复杂、冗余导航星较多、星表分布不确定的问题。

本发明的技术方案是：

一种星敏感器导航星表筛选方法，包括步骤如下：

1)剔除天文星表中星等大于星敏感器极限探测星等的导航星，并剔除星表中恒星属性标识为双星、变星的导航星，获得备选导航星；

2)计算星等最小的备选导航星与导航星表中的所有目标导航星的角距，若所有角距均大于参考角距，则将该备选导航星作为目标导航星放入导航星表；

3)重复步骤2)，直至完成对所有备选导航星的判断，获得的目标导航星组成导航星表。

所述步骤3)后还包括在备选导航星中根据期望值筛选出目标导航星补充入导航星表，具体为：

21)选取星等最小的备选导航星，计算该备选导航星与导航星表中的所有目标导航星的角距小于星敏感器视场半径的数量，若该数量小于期望值则将该备选导航星作为目标导航星放入导航星表；

22)重复步骤21)直至筛选完所有备选导航星。

所述步骤22)后还包括在备选导航星中根据4倍期望值筛选出目标导航星补充入导航星表，具体为：

31)选取星等最小的备选导航星，计算该备选导航星与导航星表中的所有目标导航星的角距小于二倍星敏感器视场半径的数量，若该数量小于4倍的期望值，则将该备选导航星作为目标导航星放入导航星表；

32)重复步骤31)直至筛选完所有备选导航星。

所述参考角距的具体计算公式为：

其中，Ω为星敏感器视场半径，M为期望星敏感器视场内观测到导航星的数目即期望值。

期望星敏感器视场内观测到导航星的数目范围为9-25。

所述步骤1)中的备选导航星还剔除自行超过400毫角秒和角距相距小于0.5°的导航星。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1)设立参考角距对备选导航星进行筛选，避免了目标导航星局部分布密集和空洞问题，提高了导航星分布均匀性；

2)根据备选导航星的星等的大小，由小至大依此筛选备用导航星，优先获得亮度值大的备用导航星作为目标导航星，保证了导航星表可靠性和适用性；

3)根据星敏感器的视场建立筛选条件，计算简单，可快速得到期望结果，且导航星总数较小，有利于减少星表存储空间。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为导航星影响域示意图；

图3为视场内星数分布箱线图。

具体实施方式

本发明方法已应用于欧比特视频星(珠海一号)纳型星敏感器导航星表的制备，地面测试和在轨应用表明本发明方法切实可行，结合此应用实例，本发明如图1所示的详细步骤如下：

(1)星敏感器通过敏感天区恒星来工作，其探测目标最重要的两个信息是恒星的方位和星等。当前基本天文星表虽然载有恒星的方位和星等，但具体至实际产品，因探测器的光谱响应不同，需要根据需要采用色指数拟合计算产品所用的仪器星等。

(2)根据产品极限探测灵敏度，对选用的基本天文星表--依巴谷星表进行星等阈值筛选。纳型星敏感器经分析计算取仪器星等MI5.8等作截止星等，剔除变星、双星，角距小于0.5°的恒星，以及自行较大的恒星，共获得颗4912颗仪器星等不大于5.8的待选导航星。

(3)因为较亮的恒星易于目标探测，信噪比也较高，有利于提高产品性能，因此将4912颗待选导航星按其星等从小到大排列，形成备选导航表S0。

(4)将备选导航星表SD置空，用于存储最终选定的导航星；将二级备导航星表S1置空用于存储二级备选导航星；将三级备导航星表S2置空用于存储三级备选导航星。

(5)根据产品设计方案和软件算法，确定选用的视场内目标导航星数M(M取值一般为9-25)，和视场大小(2Ω)，每个导航星对视场星数的贡献影响域如图2所示。

(6)可通过下面公式计算得到此视场内M颗导航星对应的平均角距值D_M，纳型星敏感器M取为12，其有效视场半径Ω＝9.7°。

(7)从备选导航星表S0里选取星等最小的导航星Ni，计算目标导航星表SD中所有与Ni角距小于D_M的导航星数，计为n0；

(8)判断计数是否满足n0<1，若是，则将该导航星Ni选入为目标导航星表SD，否则置入二级备导航星表S1。

(9)重复步骤(7)到(8)，直至备选导航星表S0全部遍历完毕。

(10)在二级备导航星表S1中选取星等最小的导航星Nj，计算目标导航星表SD中所有与Nj角距小于Ω的导航星数，计为n1。

(11)判断计数是否满足n1<M，若是，则将该导航星Nj选入为目标导航星表SD，否则置入三级备导航星表S2。

(12)重复步骤(10)到(11)，直至二级备导航星表S1全部遍历完毕。

(13)在对三级备导航星表S2中选取星等最小的导航星Nk，计算目标导航星表SD中所有与Nk角距小于2Ω的导航星数，计为n2。

(14)判断计数是否满足n1<4M，若是，则将该导航星Nk选入为目标导航星表SD。

(15)重复步骤(13)到(14)，直至三级备导航星表S2全部遍历完毕。

(16)在生成目标导航星表SD后，需对目标导航星表进行均匀性和覆盖性进行分析，其中产品均匀性可用玻尔兹曼熵来表征。全天球覆盖性情况，采用在全天球范围内随机生打靶成，统计5万次随机打靶光轴方向上视场内出现的导航星数。对纳型M取值为8-15时的市场内出现的导航星数进行统计，结果如图3所示。从统计结果可以看出，另一方面从统计结果可以看出视场内星数最小分布>6，无空洞点。

对目标星表SD进行评价分析，其具体过程如下：

1)采用玻尔兹曼熵评价目标星表的均匀性，正常情况下满足

2)对光轴指向进行全天球随机抽样50000次，统计目标星表SD出现在各视场中导航星数，正常情况下统计均值应略大于设计值M，且不存在有导航星数少于4颗的天区。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种星敏感器导航星表筛选方法，其特征在于，包括步骤如下：

1)剔除天文星表中星等大于星敏感器极限探测星等的导航星，并剔除星表中恒星属性标识为双星、变星的导航星，获得备选导航星；

2)计算星等最小的备选导航星与导航星表中的所有目标导航星的角距，若所有角距均大于参考角距，则将该备选导航星作为目标导航星放入导航星表；

3)重复步骤2)，直至完成对所有备选导航星的判断，获得的目标导航星组成导航星表；

所述步骤3)后还包括在备选导航星中根据期望值筛选出目标导航星补充入导航星表，具体为：

21)选取星等最小的备选导航星，计算该备选导航星与导航星表中的所有目标导航星的角距小于星敏感器视场半径的数量，若该数量小于期望值则将该备选导航星作为目标导航星放入导航星表；

22)重复步骤21)直至筛选完所有备选导航星。

2.根据权利要求1所述的一种星敏感器导航星表筛选方法，其特征在于，所述步骤22)后还包括在备选导航星中根据4倍期望值筛选出目标导航星补充入导航星表，具体为：

31)选取星等最小的备选导航星，计算该备选导航星与导航星表中的所有目标导航星的角距小于二倍星敏感器视场半径的数量，若该数量小于4倍的期望值，则将该备选导航星作为目标导航星放入导航星表；

32)重复步骤31)直至筛选完所有备选导航星。

3.根据权利要求2所述的一种星敏感器导航星表筛选方法，其特征在于，所述参考角距的具体计算公式为：

其中，Ω为星敏感器视场半径，M为期望星敏感器视场内观测到导航星的数目即期望值。

4.根据权利要求3所述的一种星敏感器导航星表筛选方法，其特征在于：期望星敏感器视场内观测到导航星的数目范围为9-25。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种星敏感器导航星表筛选方法，其特征在于：所述步骤1)中的备选导航星还剔除自行超过400毫角秒和角距相距小于0.5°的导航星。