CN114396935B - 一种基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法，步骤S1：构建固定的光轴指向集合，对基础星库进行遍历，根据遍历的所述基础星库中恒星在视场内的综合因素计算权重，并将计算权重后得到的最优的若干颗恒星列入导航星库中；步骤S2：将每一视场中未列入所述导航星库的恒星列入待删星库；步骤S3：根据所述待删星库，采用二次最优权重方法对所述导航星库进行补充，以构建星敏感器导航星库，本发明构建的导航星库，即满足导航星全天球均匀分布，又大幅度降低存储容量，还能提高星敏感器的姿态精度。

Description

一种基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法

技术领域

本发明涉及星库构建技术领域，具体涉及一种基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法。

背景技术

星敏感器是卫星姿轨控系统的核心部件，是用于测量卫星三轴姿态的高精度仪器。导航星库是装载于星敏感器的存储器内，用于和探测星相匹配的恒星星表。它是星敏感器进行星图识别和姿态解算的重要部分，不仅为星图识别提供匹配模板，而且为姿态解算提供参考矢量。星敏感器视场中的导航星数量，是由导航星库中的导航星数量与空间分布决定的。

现有的导航星库构建方法较为简易，主要采用星等阈值过滤方法，将天文星表中小于星敏感器灵敏度极限的恒星选入导航星库中，得到的导航星库容量巨大，使得星敏感器在星图匹配和姿态解算上花费了大量的时间，现有的星敏感器导航星库构建方法仅考虑全天球的恒星亮度和空间分布，构建导航星库的容量和空间分布均匀性效果不佳，忽略了星敏感器视场内的导航星位置分布，星等顺序，周围恒星的数量因素。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法。此方法旨在解决传统导航星库构建方法仅考虑全天球的恒星亮度和空间分布，构建导航星库的容量和空间分布均匀性效果不佳，忽略了星敏感器视场内的导航星位置分布，星等顺序，周围恒星的数量因素的问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法，包括：

步骤S1：构建固定的光轴指向集合，对基础星库进行遍历，根据遍历的所述基础星库中恒星在视场内的综合因素计算权重，并将计算权重后得到的最优的若干颗恒星列入导航星库中；

步骤S2：将每一视场中未列入所述导航星库的恒星列入待删星库；

步骤S3：根据所述待删星库，采用二次最优权重方法对所述导航星库进行补充，以构建星敏感器导航星库。

优选的，所述视场内的综合因素包括：恒星位置、星等和恒星周围的星颗数。

优选的，将视场内的恒星位置设为光轴指向，在所述基础星库中以半径FOV/2的原型视场进行遍历，得到所述恒星周围的星颗数。

优选的，在所述步骤S1中，所述基础星库为Hipparcos星表。

优选的，在所述步骤S1中，构建所述固定的光轴指向集合，具体为：光轴指向的赤经从0°至360°，赤纬从-90°至90°，每隔1°生成半径为FOV/2的圆形视场，得到所述固定的光轴指向集合。

优选的，计算权重后得到的最优的若干个恒星列入导航星库中具体为：将得到的最优的15颗恒星列入导航星库。

优选的，在所述步骤S3中，根据所述待删星库，采用二次最优权重方法对所述导航星库进行补充，其具体为：构建随机的光轴指向集合，对导航星库进行遍历，统计视场内的所述导航星库中导航星少于某一固定颗数的光轴指向，在所述待删星库中遍历，根据遍历的所述待删星库中恒星在视场内的综合因素，进行二次计算权重，并将二次计算权重后最优的恒星补充至所述导航星库。

优选的，统计视场内的所述导航星库中导航星少于某一固定颗数的光轴指向，具体为：统计视场内的导航星少于15颗的光轴指向。

优选的，构建所述随机的光轴指向集合，其具体为：在光轴指向的赤经从0°至360°，赤纬从-90°至90°，生成包括若干个样本的随机光轴指向集合。

优选的，所述包括若干个样本的随机光轴指向集合为：包括20万个样本的随机光轴指向集合。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明根据恒星在视场内的位置，星等和恒星周围的星颗数的三个综合因素计算权重，按照权重大小进行优选导航星，同时生成待删星库。将得到的导航星库进行随机抽样，得到视场内导航星颗数少的光轴指向，通过待删星库，再次利用最优权重方法进行导航星库补充，得到最终的导航星库，本发明构建的导航星库，即满足导航星全天球均匀分布，又大幅度降低存储容量，还能提高星敏感器的姿态精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明一实施例提供的一种基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的基于最优权重的导航星库构建步骤图；

图3为本发明一实施例提供的基于二次最优权重的导航星库补充步骤图。

具体实施方式

以下结合附图1至图3具体实施方式对本发明提出的一种基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

鉴于现有星敏感器导航星库构建方法中存在仅考虑全天球的恒星亮度和空间分布，构建导航星库的容量和空间分布均匀性效果不佳，忽略了星敏感器视场内的导航星位置分布，星等顺序，周围恒星的数量因素的不足，本实施例提供了一种基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法，如图1所示，包括：

步骤S1：构建固定的光轴指向集合，对基础星库进行遍历，根据遍历的所述基础星库中恒星在视场内的恒星位置、星等和恒星周围的星颗数这三个综合因素计算权重，并将计算权重后得到的最优的若干颗恒星列入导航星库中。

步骤S1具体包括：步骤S1.1：生成覆盖全天球的圆形视场(视场角FOV≥2°)，其中视场中心的光轴指向的赤经从0°至360°，赤纬从-90°至90°，每隔1°生成半径为FOV/2的圆形视场，得到固定的光轴指向集合。

步骤S1.2：统计每个视场内恒星数量，选取Hipparcos星表为基础星库，将光轴指向集合中的每一个光轴指向，与基础星库中每颗恒星求角距，若角距小于视场半径FOV/2，则该颗恒星属于该光轴指向对应的视场。

步骤S1.3：导航星库筛选，若视场内恒星小于15颗，则该视场内的恒星不删减，继续进行下一个视场筛选。否则，基于最优权重方法进行筛选，具体方法包括：

a)恒星位置，视场内的恒星与光轴指向角距越小，表明其离视场边缘越远，光学镜头畸变越小，恒星定位精度越高，有利于提升姿态精度。

b)恒星星等，视场内的恒星星等越小，亮度越高，越容易被探测到，并且恒星定位精度越高，有利于提升姿态精度。

c)恒星周围星颗数，以视场内的恒星位置为圆心，在基础星库中统计角距小于FOV/2的恒星数量，数量越少，说明该恒星周围区域越稀疏，该恒星在视场内越重要。

d)综上，按照a)，b)，c)中的3条准则保留最优的15颗恒星至导航星库。

步骤S2：将每一视场中未列入所述导航星库的恒星列入待删星库；

步骤S3：构建随机的光轴指向集合，对导航星库进行遍历，统计视场内的所述导航星库中导航星少于15颗的光轴指向，在所述待删星库中遍历，根据遍历的所述待删星库中恒星在视场内的综合因素，进行二次计算权重，并将二次计算权重后最优的恒星补充至所述导航星库，以构建星敏感器导航星库。

步骤S3具体包括：步骤S3.1：导航星库补充，对导航星库进行抽样，统计出视场内恒星颗数少于15颗的光轴指向，利用二次最优权重方法，从待删星库对导航星库进行补充，具体方法包括：

e)导航星库抽样，生成服从均匀分布的光轴指向集合，其中赤经从0°至360°，赤纬从-90°至90°，光轴指向样本为20万，统计出视场内导航星颗数少于15颗的光轴指向集合。

f)导航星库补充，利用上述光轴指向集合，在待删星库中按照最优权重方法，将视场内的导航星颗数补充至15颗，若在原先基础星库的该视场内恒星颗数不满足15颗，则全部保留。

本实施例如图2所示，基于最优权重的导航星库构建步骤为：光轴指向的赤经从0°至360°，赤纬从-90°至90°，每隔1°得到65160个集合。

对于每个光轴指向，在基础导航星表中查找角距在FOV/2范围内的恒星，得到集合Q。若Q小于等于15，全部加入导航星库，继续处理下一个光轴指向。若Q大于15，则记录视场中每颗恒星的星等M＝[m1,m2,…,mq]，并计算每颗恒星与光轴指向的角距D＝[d1,d2,…,dq]，再统计每颗恒星在基础星库中角距在FOV/2范围内的恒星数量N＝[n1,n2,…,nq]，将M，D，N归一化后，按照公式1/(M*D*N)计算恒星权重，权重最大的15颗恒星加入导航星库，其余加入待删星库。

如图3所示，基于二次最优权重的导航星库补充步骤为：利用MATLAB软件赤经从0°至360°，赤纬从-90°至90°生成20万个随机光轴指向集合。

对于每个光轴指向，在导航星库中查找角距在FOV/2范围内的导航星，得到集合P。若P大于等于15，不作处理，继续处理下一个光轴指向。若P小于15，则利用该光轴在待删星库中查找角距在FOV/2范围内的恒星，得到集合R，若R+P＜15，则将集合R全部补充至导航星库。否则，将集合R中每颗恒星的星等M’＝[m1,m2,…,mr]，并计算每颗恒星与光轴指向的角距D’＝[d1,d2,…,dr]，再统计每颗恒星在基础星库中角距在FOV/2范围内的恒星数量N’＝[n1,n2,…,nr]，将M’，D’，N’归一化后，按照公式1/(M’*D’*N’)计算恒星权重，权重最大的15-P颗恒星补充至导航星库。

综上所述，本实施例中根据恒星在视场内的位置，星等和恒星周围的星颗数的三个综合因素计算权重，按照权重大小进行优选导航星，同时生成待删星库。将得到的导航星库进行随机抽样，得到视场内导航星颗数少的光轴指向，通过待删星库，再次利用最优权重方法进行导航星库补充，得到最终的导航星库。本实施例中提供的方法生成的导航星库，即满足导航星全天球均匀分布，又大幅度降低存储容量，还能提高星敏感器的姿态精度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法，其特征在于，包括：

步骤S1：构建固定的光轴指向集合，对基础星库进行遍历，根据遍历的所述基础星库中恒星在一视场内的综合因素计算权重，并将计算权重后得到的最优的若干颗恒星列入导航星库中，所述视场内的综合因素包括：恒星位置、星等和恒星周围的星颗数；

步骤S2：将每一视场中未列入所述导航星库的恒星列入待删星库；

步骤S3：根据所述待删星库，采用二次最优权重方法对所述导航星库进行补充，以构建星敏感器导航星库，

构建随机的光轴指向集合，对所述导航星库进行遍历，统计视场内的所述导航星库中导航星少于某一固定颗数的光轴指向，在所述待删星库中遍历，根据遍历的所述待删星库中恒星在视场内的综合因素，进行二次计算权重，并将二次计算权重后最优的恒星补充至所述导航星库。

2.如权利要求1所述的基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法，其特征在于，将视场内的恒星位置设为光轴指向，在所述基础星库中以半径FOV/2的原型视场进行遍历，得到所述恒星周围的星颗数。

3.如权利要求2所述的基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述基础星库为Hipparcos星表。

4.如权利要求3所述的基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法，其特征在于，在所述步骤S1中，构建所述固定的光轴指向集合，具体为：光轴指向的赤经从0°至360°，赤纬从-90°至90°，每隔1°生成半径为FOV/2的圆形视场，得到所述固定的光轴指向集合。

5.如权利要求4所述的基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法，其特征在于，计算权重后得到的最优的若干个恒星列入导航星库中具体为：将得到的最优的15颗恒星列入导航星库。

6.如权利要求5所述的基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法，其特征在于，统计视场内的所述导航星库中导航星少于某一固定颗数的光轴指向，具体为：统计视场内的导航星少于15颗的光轴指向。

7.如权利要求6所述的基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法，其特征在于，构建所述随机的光轴指向集合，其具体为：在光轴指向的赤经从0°至360°，赤纬从-90°至90°，生成包括若干个样本的随机光轴指向集合。

8.如权利要求7所述的基于二次最优权重的星敏感器导航星库构建方法，其特征在于，所述包括若干个样本的随机光轴指向集合为：包括20万个样本的随机光轴指向集合。