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基于星敏感器的全天自主分层星识别算法研究

郑万波  
【摘要】: 本文研究基于星敏感器的星识别算法、导航星库的构造方法和姿态计算方法。 文中简单介绍了卫星姿态控制和常用的姿态敏感器,介绍了星敏感器的功能、组成和工作原理,以及星敏感器技术的发展和相关技术的研究。分析了星敏感器中影响星识别的主要因素,提出了星敏感器对星识别算法有关软件的要求。 在分析、比较和归纳有关文献和专著的基础上,提出了精简二维索引分层导航星库的构造方法。精简二维索引分层导航星库,作为一种统一存储的精简、索引导航星库,采用星的分层方法精简导航星库,以局域亮星为主构造导航星三角形,减少了星三角形的数量,节约了存储空间;采用索引方法检索导航星三角形,提高了命中效率,节约了搜索时间;采用Nσ划分和线性存储的方法精简索引,提高了二维索引的存储效率;采用索引的边缘扩充方法,可以在一定程度上减少位置误差的影响。 在分析、比较和归纳有关文献和专著的基础上,提出了全天自主分层星识别算法。全天自主分层星识别算法,采用分层的方法,以局域亮星为主构造和识别观测星三角形,减少了待识别的观测星三角形数量,具有较高的识别速度;采用最大匹配可信度和索引的边缘扩充方法,可以在一定程度上解决位置误差、星等误差和伪星干扰等问题,具有较高的识别准确率;既可以进行全天自主星识别,又可以进行局部星识别。 利用方程组的最小二乘解求取转换矩阵,通过转换矩阵计算星敏感器的三轴姿态角,使姿态计算和平差同时进行,具有较高的姿态计算精度和计算速度。 通过仿真实验,对上述方法进行了实验和分析。在一台主频为650M、操作系统为Windows的PⅢ计算机上,仿真直径20度圆视场的第二代星敏感器。在位置误差的均方差为10角秒、星等误差的均方差为0.2星等、 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博士论文 l颗伪星的条件下,进行10,000次全天自主星识别和姿态计算仿真实验, 得到以下实验结果:导航星库的总存储容量为2.3MB,导航星库的全天覆盖 率为99.9%,识别星的正确率为99.9%,视场识别成功率为98.6%,一次实 验的平均时间为1.3毫秒,偏航角的均方差为6.8角秒,俯仰角的均方差 为6.3角秒,横滚角的均方差为52.3角秒‘


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