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申请/专利权人：山东星辰卫星技术有限公司

摘要：基于星图的球面离散点高效匹配分析方法及系统，属于飞行器导航领域，该方法采用星图上的星点对象与摄影中心形成的夹角，对恒星与天球球心形成的夹角进行平面表征；将Delanuy三角网特征图像利用图像匹配模型进行星点匹配识别；以视轴指向为参考在全天球范围内随机生成星敏感器姿态，根据星光大气折射模型计算星敏感器高度折射后在星图上的位置，通过平面表征模型生成包含位置噪声的折射星图；构建多维信息张量库，选择匹配度达到预设阈值的星点对象作为控制点进行星图与标准底图的配准；通过标准底图的星点位置计算星图上存在的星点位置。本发明能够优化星图图像、提升星图高效匹配精度，实现基于星敏的航空航天飞行器姿态精准定位导航。

主权项：1.基于星图的球面离散点高效匹配分析方法，其特征在于，包括：构建平面表征模型，所述平面表征模型获取利用赤经、赤纬描述的星点对象信息，将所述星点对象作为空间离散点对象；所述平面表征模型采用共线条件方程和相机参数将所述星点对象投影到星图上，采用恒星目视星等拟合计算所述星点对象灰度值和星斑大小；所述平面表征模型采用星图上的所述星点对象与摄影中心形成的夹角，对恒星与天球球心形成的夹角进行平面表征；构建图像匹配模型，所述图像匹配模型根据滤波算法、移动补偿算法、基于线扫描的连通域检测算法和形态学算法对星图的噪声进行处理，对噪声处理后的星图进行所述星点对象的提取与定位，得到所述星点对象的定位结果；所述图像匹配模型利用所述星点对象的定位结果构建Delanuy三角网特征图像，将所述Delanuy三角网特征图像利用所述图像匹配模型进行星点匹配识别；构建星光大气折射模型，所述星光大气折射模型以视轴指向为参考在全天球范围内随机生成星敏感器姿态，设定星敏感器高度，根据所述星光大气折射模型计算所述星敏感器高度折射后在星图上的位置，通过所述平面表征模型生成包含位置噪声的折射星图；构建多维信息张量库，根据所述多维信息张量库匹配到若干所述星点对象，选择匹配度达到预设阈值的所述星点对象作为控制点进行星图与标准底图的配准；通过标准底图的星点位置计算星图上存在的星点位置；所述平面表征模型采用星图上的所述星点对象与摄影中心形成的夹角，对恒星与天球球心形成的夹角进行平面表征过程中：通过安装角计算出像空间坐标系到卫星本体坐标系的旋转矩阵，通过像空间坐标系在惯性系中的姿态矩阵与旋转矩阵得到卫星本体坐标系在惯性系中的三轴姿态，通过地心惯性坐标系经过岁差、章动、地球周日自转、极移改正得到地心地固坐标系；利用星敏感器系统确定姿态信息，星敏感器对着太空拍摄星图数据，基于星上计算欧拉角采用的三轴转序以及机动姿态四元数，得到卫星摄影瞬间在选定的参考系下的姿态信息；在星敏定姿中选定地心惯性坐标系为参考坐标系，通过三次旋转得到卫星的本体坐标系；从SAO星表筛选高于12星等的恒星信息；通过姿态角范围及数量参数计算出星敏感器的姿态角，通过姿态角和恒星在天球中的位置计算出恒星在星图上的位置，如果恒星在星图范围内则成像，否则恒星在星图范围内不成像；通过构建恒星目视星等与星斑大小、能量分布的拟合函数，进行星点图像在星图上的坐标表达；构建星光大气折射模型过程中，根据星光、地球及飞行器之间的几何关系和光波传播定律，以及三维空间格点化大气参数廓线模式，采用基于光线追迹的星光大气折射模型；通过所述平面表征模型生成包含位置噪声的折射星图过程中：以视轴指向为参考在全天球范围内随机生成星敏感器姿态，设定星敏感器高度，根据星光大气折射模型计算星敏感器折射后在星图上的位置，通过平面表征模型生成包含因大气折射带来的位置噪声的折射星图；构建多维信息张量库过程中：将天球划分成若干个天区，每个天区赋予一个唯一编号，以每颗目标星为中心，以预设半径确定目视星等最低的5颗星，计算目视星等最低的5颗星之间的角距，并按照从小到大的顺序排列；对每3颗星进行Delaunay剖分，获得以目标星为顶点的三角形的顶角度数，并从小到大排序；以天区编号、有序角距、有序顶角、恒星编号构建多维信息张量；将选择的恒星全部生成多维信息张量，构建多维特征张量，以张量所在的天区为Key，以所在天区中的所有张量为Value，以K-V数据结构存储多维信息张量库；选择匹配度达到预设阈值的所述星点对象作为控制点进行星图与标准底图的配准过程中：将提取的星点对象按能量进行排序，选择能量排序前若干颗星两两计算角距；以每颗星为目标星构建匹配单元；选择角距小于预设大小的5颗星，构成一个匹配单元；获取匹配单元的多维信息张量，把每个匹配单元内的星点与目标星角距按照从小到大排序；对每3颗星按照图像位置进行Delaunay剖分，获得以目标星为顶点的三角形的顶角度数，并从小到大排序；以每个匹配单元的有序角距和有序顶角构成多维信息张量；按天区编码获取天区所有的多维信息张量进行匹配，如果匹配成功超过5颗星则停止；如果不满足5颗星则根据天区编码计算临近天区进行匹配，直到最少满足匹配5颗星为止；基于匹配成功的5颗星计算视轴指向，计算视轴指向所在的天区，以视轴指向所在的天区为中心计算3×3天区内所有恒星在星图上的位置，将临近位置提取的星作为目标星，如果有多颗目标星则对每颗目标星构建匹配单元进行验证匹配。

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