本發(fā)明涉及姿態(tài)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種星敏感器星圖識(shí)別和姿態(tài)解算的快速魯棒校驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著社會(huì)生產(chǎn)及科學(xué)探索需求的不斷提高，航天任務(wù)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的要求越來(lái)越高。星敏感器以精度高、功耗低、體積小等優(yōu)點(diǎn)成為目前最具競(jìng)爭(zhēng)力的航天器姿態(tài)測(cè)量器件，現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域，包括地球衛(wèi)星和深空探測(cè)等。

星圖識(shí)別算法是星敏感器的核心技術(shù)之一，根據(jù)有無(wú)先驗(yàn)姿態(tài)信息進(jìn)行區(qū)分，又可分為初始姿態(tài)捕獲和跟蹤遞推兩個(gè)階段。初始姿態(tài)捕獲階段不需要先驗(yàn)的姿態(tài)信息，通過星圖中星象點(diǎn)的匹配和對(duì)比完成全天姿態(tài)解算。跟蹤遞推階段具有先驗(yàn)的姿態(tài)信息，通過遞推增量匹配實(shí)現(xiàn)更快速更高精度的姿態(tài)解算。

初始姿態(tài)捕獲階段是重中之重，該階段常用的方法主要有三角形算法、多邊形匹配法、極點(diǎn)法、柵格法及導(dǎo)航星域法，其中導(dǎo)航星域法因識(shí)別速度快、導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)較小、不依賴星等亮度等特性，近年來(lái)得到日益增多的關(guān)注。具體而言，三角形算法是目前使用最為廣泛的一種識(shí)別算法。星敏感器捕獲到一定數(shù)量的星后，在相平面內(nèi)確定三顆星，構(gòu)建一個(gè)星三角形，作為一個(gè)觀測(cè)三角形模式，然后在導(dǎo)航星數(shù)據(jù)庫(kù)中找到唯一的同構(gòu)模式。三角形算法特征維數(shù)較低，對(duì)于誤差較為敏感，但測(cè)量誤差較大時(shí)，誤差范圍內(nèi)的匹配將導(dǎo)致識(shí)別正確率迅速降低。多邊形匹配法首先從視場(chǎng)內(nèi)任意選取兩顆星作為起始，計(jì)算二者星對(duì)角距，在誤差范圍內(nèi)搜索導(dǎo)航星對(duì)，篩選出的匹配結(jié)果作為候選星對(duì)；然后以每一種候選星對(duì)作為基礎(chǔ)，在視場(chǎng)中任意選取第三顆星，分別計(jì)算第三顆星與候選星對(duì)兩顆星的星對(duì)角距，在誤差范圍內(nèi)匹配星對(duì)角距，篩選出候選星編號(hào)；不斷選擇更多的星，重復(fù)上述過程直到唯一匹配為止。極點(diǎn)法要求視場(chǎng)內(nèi)有較多的星，至少為7顆，首先以視場(chǎng)內(nèi)任意一顆星作為主星，計(jì)算它與其余星之間的星對(duì)角距，在誤差范圍內(nèi)匹配星對(duì)角距，得到多個(gè)候選星對(duì)集合，如果這些集合之間的交集元素存在且唯一，則認(rèn)為主星識(shí)別成功。柵格法首先利用一種坐標(biāo)變換生成導(dǎo)航星數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)著關(guān)于對(duì)應(yīng)導(dǎo)航星位置的稀疏矩陣作為特征；然后取視場(chǎng)內(nèi)亮度較高的一顆星作為主星，并找到與之最近的基準(zhǔn)星，利用生成數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)相同的方法進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到觀測(cè)的稀疏矩陣，通過與數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)比和匹配，如果結(jié)果唯一，則認(rèn)為識(shí)別成功。基于k矢量和導(dǎo)航星域的星圖識(shí)別方法利用導(dǎo)航星域的映射變換建立以星對(duì)角距為特征的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過視場(chǎng)內(nèi)的4顆星兩兩建立共6對(duì)星對(duì)角距，通過k矢量直線擬合法大幅提高匹配速度，得到可能的候選星對(duì)范圍，然后利用邏輯判斷對(duì)可能的候選星對(duì)進(jìn)行角距拓?fù)潢P(guān)系篩選，如果篩選結(jié)果唯一，則認(rèn)為識(shí)別成功，得到由4顆星組成的導(dǎo)航星組。

跟蹤遞推階段以星敏感器初始捕獲階段識(shí)別到的導(dǎo)航星組為先驗(yàn)知識(shí)，預(yù)判視場(chǎng)中可能出現(xiàn)的導(dǎo)航星，可以極大縮小搜索識(shí)別的范圍，完成更加快速的導(dǎo)航星識(shí)別。此外，通過引入視場(chǎng)中的增量觀測(cè)星加入計(jì)算過程，姿態(tài)的解算更為精確。

但是實(shí)際中由于測(cè)量誤差的存在，視場(chǎng)中觀察星的位置存在擾動(dòng)，兩個(gè)階段中星敏感器的星圖識(shí)別均可能出現(xiàn)誤識(shí)別，解算的姿態(tài)也是錯(cuò)誤姿態(tài)。目前，通常采用工程方法進(jìn)行重復(fù)式校驗(yàn)，通過引入額外的觀察星對(duì)識(shí)別結(jié)果和姿態(tài)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。這種工程上的校驗(yàn)方法主要存在三個(gè)問題：第一，視場(chǎng)中需要存在未參與識(shí)別過程的額外的星，這個(gè)條件有時(shí)難以滿足；第二，需要付出較高的計(jì)算代價(jià)和時(shí)間代價(jià)進(jìn)行與識(shí)別過程類似的搜索與匹配，不必要；第三，單純的邏輯校驗(yàn)難以給出關(guān)于識(shí)別結(jié)果正確性的定論，不利于星敏感器選擇性輸出高可信度姿態(tài)結(jié)果。

由于校驗(yàn)過程是工程實(shí)際中星圖識(shí)別和姿態(tài)解算中必不可少的環(huán)節(jié)，因此上述三個(gè)問題也是目前星圖識(shí)別和姿態(tài)解算方法普遍面臨的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種星敏感器星圖識(shí)別和姿態(tài)解算的快速魯棒校驗(yàn)方法，該方法可以提高校驗(yàn)的準(zhǔn)確性，簡(jiǎn)單便捷。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面實(shí)施例提出了一種星敏感器星圖識(shí)別和姿態(tài)解算的快速魯棒校驗(yàn)方法，包括以下步驟：S1：在視場(chǎng)中選取N顆觀測(cè)星，并將所述N顆觀測(cè)星的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至星敏感器參考系，以歸一化得到N個(gè)觀測(cè)向量，其中，N為正整數(shù)；S2：對(duì)所述N個(gè)觀測(cè)向量進(jìn)行星圖識(shí)別和姿態(tài)解算，以得到候選的姿態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合，進(jìn)而組成候選列表；S3：判斷所述候選列表是否為空，如果是，則回到所述S1，否則執(zhí)行所述S4；S4：根據(jù)所述候選列表得到對(duì)應(yīng)導(dǎo)航星向量所組成矩陣的特征分布因子；S5：對(duì)所述候選列表中的每一個(gè)姿態(tài)矩陣進(jìn)行行列式校驗(yàn)，其中，如果行列式校驗(yàn)失敗，則刪除對(duì)應(yīng)的姿態(tài)矩陣及導(dǎo)航星組合；S6：判斷所述候選列表是否為空，如果是，則回到所述S1，否則執(zhí)行所述S7；S7：對(duì)所述候選列表中的每一個(gè)姿態(tài)矩陣進(jìn)行正交校驗(yàn)，如果正交校驗(yàn)失敗，則刪除對(duì)應(yīng)的姿態(tài)矩陣及導(dǎo)航星組合；S8：判斷所述候選列表是否為空，如果是，則回到所述S1，否則執(zhí)行所述S9；S9：選取所述候選列表中姿態(tài)矩陣最接近正交的姿態(tài)矩陣作為最終的姿態(tài)解算結(jié)果，并選取對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合作為最終的星圖識(shí)別結(jié)果，進(jìn)而認(rèn)為星圖識(shí)別和姿態(tài)解算成功。

本發(fā)明實(shí)施例的星敏感器星圖識(shí)別和姿態(tài)解算的快速魯棒校驗(yàn)方法，通過提供了判別星圖誤識(shí)別及錯(cuò)誤姿態(tài)解算的指標(biāo)體系，可以據(jù)此迅速排除誤識(shí)別的導(dǎo)航星組合及錯(cuò)誤的姿態(tài)矩陣，避免了常規(guī)從視場(chǎng)內(nèi)選取更多觀測(cè)星進(jìn)行輔助判別的重復(fù)性做法，從而達(dá)到快速魯棒校驗(yàn)結(jié)果正確性的目的，具有普遍適用性，并不限定于某種星圖識(shí)別和姿態(tài)解算方法。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的星敏感器星圖識(shí)別和姿態(tài)解算的快速魯棒校驗(yàn)方法還可以具有以下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述S4進(jìn)一步包括：S401：獲取每一組導(dǎo)航星組合包含的導(dǎo)航星得到導(dǎo)航星矩陣，對(duì)所述導(dǎo)航星矩陣進(jìn)行奇異值分解；S402：根據(jù)奇異值矩陣得到所述奇異值矩陣的特征分布因子。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述S5進(jìn)一步包括：S501：獲取當(dāng)前待校驗(yàn)的姿態(tài)矩陣，以得到所述當(dāng)前待校驗(yàn)的姿態(tài)矩陣的行列式；S502：如果所述當(dāng)前待校驗(yàn)的姿態(tài)矩陣的行列式在預(yù)設(shè)的行列式上限值和行列式下限值之間，則判定行列式校驗(yàn)成功。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述S7進(jìn)一步包括：S701：獲取前待校驗(yàn)的姿態(tài)矩陣，以根據(jù)所述前待校驗(yàn)的姿態(tài)矩陣的多個(gè)列向量?jī)蓛芍g內(nèi)積絕對(duì)值的最大值；S702：如果所述多個(gè)列向量?jī)蓛芍g內(nèi)積絕對(duì)值的最大值小于預(yù)設(shè)的內(nèi)積絕對(duì)值上限，則判定正交校驗(yàn)成功。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括：S703：遍歷所述候選列表中每一個(gè)姿態(tài)矩陣進(jìn)行所述S1和所述S2的同時(shí)，獲取所述每個(gè)姿態(tài)矩陣的多個(gè)列向量?jī)蓛芍g內(nèi)積絕對(duì)值的最大值，以得到多個(gè)內(nèi)積絕對(duì)值的最大值中最小時(shí)對(duì)應(yīng)的姿態(tài)矩陣及對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述S9中，所述選取候選列表中姿態(tài)矩陣最接近正交的姿態(tài)矩陣作為所述最終的姿態(tài)解算結(jié)果時(shí)，所述多個(gè)內(nèi)積絕對(duì)值的最大值中最小時(shí)對(duì)應(yīng)的姿態(tài)矩陣作為所述最終的姿態(tài)解算結(jié)果。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述S1進(jìn)一步包括：S101：根據(jù)星敏感器成像質(zhì)量的標(biāo)定結(jié)果預(yù)先設(shè)定星點(diǎn)提取區(qū)；S102：在所述星點(diǎn)提取區(qū)內(nèi)，分別按照水平坐標(biāo)最大、水平坐標(biāo)最小、垂直坐標(biāo)最大、垂直坐標(biāo)最小選取星點(diǎn)，以得到觀測(cè)星集合；S103：如果所述觀測(cè)星集合內(nèi)觀測(cè)星的數(shù)量小于所述N個(gè)，則以其中任意2個(gè)觀測(cè)星作為參考基準(zhǔn)，遍歷不在觀測(cè)星集合中的星點(diǎn)，在像平面上組成三角形，得到三角形面積最大所對(duì)應(yīng)的星點(diǎn)，并加入所述觀測(cè)星集合；S104：重復(fù)所述S103，直到所述觀測(cè)星集合內(nèi)存在N個(gè)星點(diǎn)。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的星敏感器星圖識(shí)別和姿態(tài)解算的快速魯棒校驗(yàn)方法的流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的星敏感器星圖識(shí)別和姿態(tài)解算的快速魯棒校驗(yàn)方法的流程圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的遍歷像平面后擾動(dòng)向量模長(zhǎng)與真實(shí)觀測(cè)向量模長(zhǎng)的比值情況示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的星敏感器星圖識(shí)別和姿態(tài)解算的快速魯棒校驗(yàn)方法。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的星敏感器星圖識(shí)別和姿態(tài)解算的快速魯棒校驗(yàn)方法的流程圖。

如圖1所示，該星敏感器星圖識(shí)別和姿態(tài)解算的快速魯棒校驗(yàn)方法包括以下步驟：

在步驟S1中，在視場(chǎng)中選取N顆觀測(cè)星，并將N顆觀測(cè)星的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至星敏感器參考系，以歸一化得到N個(gè)觀測(cè)向量，其中，N為正整數(shù)。

具體地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，S1進(jìn)一步包括：S101：根據(jù)星敏感器成像質(zhì)量的標(biāo)定結(jié)果預(yù)先設(shè)定星點(diǎn)提取區(qū)；S102：在星點(diǎn)提取區(qū)內(nèi)，分別按照水平坐標(biāo)最大、水平坐標(biāo)最小、垂直坐標(biāo)最大、垂直坐標(biāo)最小選取星點(diǎn)，以得到觀測(cè)星集合；S103：如果觀測(cè)星集合內(nèi)觀測(cè)星的數(shù)量小于N個(gè)，則以其中任意2個(gè)觀測(cè)星作為參考基準(zhǔn)，遍歷不在觀測(cè)星集合中的星點(diǎn)，在像平面上組成三角形，得到三角形面積最大所對(duì)應(yīng)的星點(diǎn)，并加入觀測(cè)星集合；S104：重復(fù)S103，直到觀測(cè)星集合內(nèi)存在N個(gè)星點(diǎn)。

舉例而言，如圖2所示，在視場(chǎng)中選取N顆觀測(cè)星，N為正整數(shù)，將N顆觀測(cè)星的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至星敏感器參考系，歸一化得到N個(gè)觀測(cè)向量。具體地，在視場(chǎng)中選取N顆觀測(cè)星包括：1)在視場(chǎng)中選取N顆觀測(cè)星，N為正整數(shù)，將N顆觀測(cè)星的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至星敏感器參考系，歸一化得到N個(gè)觀測(cè)向量；2)在星點(diǎn)提取區(qū)內(nèi)，分別按照水平坐標(biāo)最大、水平坐標(biāo)最小、垂直坐標(biāo)最大、垂直坐標(biāo)最小選取星點(diǎn)，作為觀測(cè)星集合；3)如果觀測(cè)星集合內(nèi)觀測(cè)星的數(shù)量小于N個(gè)，N是正整數(shù)，則以其中任意2個(gè)觀測(cè)星作為參考基準(zhǔn)，遍歷不在觀測(cè)星集合中的星點(diǎn)，在像平面上組成三角形，找到三角形面積最大所對(duì)應(yīng)的星點(diǎn)，加入觀測(cè)星集合；4)重復(fù)步驟3)，直到觀測(cè)星集合內(nèi)存在N個(gè)星點(diǎn)。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，N≥4。

在步驟S2中，對(duì)N個(gè)觀測(cè)向量進(jìn)行星圖識(shí)別和姿態(tài)解算，以得到候選的姿態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合，進(jìn)而組成候選列表。

也就是說(shuō)，基于所選取的觀測(cè)向量，進(jìn)行星圖識(shí)別和姿態(tài)解算過程，得到一系列候選的姿態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合，組成候選列表。

在步驟S3中，判斷候選列表是否為空，如果是，則回到S1，否則執(zhí)行S4。

即言，如果候選列表為空，則重復(fù)步驟S1，否則執(zhí)行步驟S4。

在步驟S4中，根據(jù)候選列表得到對(duì)應(yīng)導(dǎo)航星向量所組成矩陣的特征分布因子。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，S4進(jìn)一步包括：S401：獲取每一組導(dǎo)航星組合包含的導(dǎo)航星得到導(dǎo)航星矩陣，對(duì)導(dǎo)航星矩陣進(jìn)行奇異值分解。S402：根據(jù)奇異值矩陣得到奇異值矩陣的特征分布因子。

具體地，如圖2所示，對(duì)候選列表中的每一組導(dǎo)航星組合，計(jì)算對(duì)應(yīng)導(dǎo)航星向量所組成矩陣的特征分布因子。其中，對(duì)候選列表中的每一組導(dǎo)航星組合，計(jì)算對(duì)應(yīng)導(dǎo)航星向量所組成矩陣的特征分布因子包括：1)記每一組導(dǎo)航星組合包含的導(dǎo)航星以列向量形式表示為v_i，i＝1,2,…,N，組成導(dǎo)航星矩陣V＝[v₁,v₂,…,v_N]，對(duì)導(dǎo)航星矩陣V進(jìn)行奇異值分解得到V＝PΣQ^T，其中P是3×3階酉矩陣，Q是N×N階酉矩陣，Σ是3×N階的奇異值矩陣；2)記奇異值矩陣Σ的3個(gè)對(duì)角線元素分別為σ₁、σ₂、σ₃，則該導(dǎo)航星矩陣V的特征分布因子為其中代表向上取整運(yùn)算。

在步驟S5中，對(duì)候選列表中的每一個(gè)姿態(tài)矩陣進(jìn)行行列式校驗(yàn)，其中，如果行列式校驗(yàn)失敗，則刪除對(duì)應(yīng)的姿態(tài)矩陣及導(dǎo)航星組合。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，S5進(jìn)一步包括：S501：獲取當(dāng)前待校驗(yàn)的姿態(tài)矩陣，以得到當(dāng)前待校驗(yàn)的姿態(tài)矩陣的行列式；S502：如果當(dāng)前待校驗(yàn)的姿態(tài)矩陣的行列式在預(yù)設(shè)的行列式上限值和行列式下限值之間，則判定行列式校驗(yàn)成功。

具體地，如圖2所示，對(duì)候選列表中的每一個(gè)姿態(tài)矩陣進(jìn)行行列式校驗(yàn)，如果行列式校驗(yàn)失敗，則該姿態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合從候選列表中刪除。其中，對(duì)候選列表中的每一個(gè)姿態(tài)矩陣進(jìn)行行列式校驗(yàn)包括：1)記當(dāng)前待校驗(yàn)的姿態(tài)矩陣為A，計(jì)算其行列式|A|；2)如果|A|在給定的行列式上限值和行列式下限值κ_A之間，則認(rèn)為行列式校驗(yàn)成功，反之則認(rèn)為行列式校驗(yàn)失敗；3)行列式上限值行列式下限值其中精度因子ε是正數(shù)；4)精度因子ε＝α·χ，χ是對(duì)應(yīng)的特征分布因子，α是觀測(cè)向量精度系數(shù)，由星敏感器成像元件精度和標(biāo)定精度有關(guān)，通過標(biāo)定及數(shù)值計(jì)算提前確定；5)觀測(cè)向量精度系數(shù)α的通常取值范圍為0＜α≤0.001。

在步驟S6中，判斷候選列表是否為空，如果是，則回到S1，否則執(zhí)行S7。

即言，如果候選列表為空，則重復(fù)步驟S1，否則執(zhí)行步驟S7。

在步驟S7中，對(duì)候選列表中的每一個(gè)姿態(tài)矩陣進(jìn)行正交校驗(yàn)，如果正交校驗(yàn)失敗，則刪除對(duì)應(yīng)的姿態(tài)矩陣及導(dǎo)航星組合。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，S7進(jìn)一步包括：S701：獲取前待校驗(yàn)的姿態(tài)矩陣，以根據(jù)前待校驗(yàn)的姿態(tài)矩陣的多個(gè)列向量?jī)蓛芍g內(nèi)積絕對(duì)值的最大值；S702：如果多個(gè)列向量?jī)蓛芍g內(nèi)積絕對(duì)值的最大值小于預(yù)設(shè)的內(nèi)積絕對(duì)值上限，則判定正交校驗(yàn)成功。

另外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括：S703：遍歷候選列表中每一個(gè)姿態(tài)矩陣進(jìn)行S1和S2的同時(shí)，獲取每個(gè)姿態(tài)矩陣的多個(gè)列向量?jī)蓛芍g內(nèi)積絕對(duì)值的最大值，以得到多個(gè)內(nèi)積絕對(duì)值的最大值中最小時(shí)對(duì)應(yīng)的姿態(tài)矩陣及對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合。

具體地，如圖2所示，對(duì)候選列表中的每一個(gè)姿態(tài)矩陣，進(jìn)行正交校驗(yàn)，如果正交校驗(yàn)失敗，則該姿態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合從候選列表中刪除。其中，對(duì)選列表中的每一個(gè)姿態(tài)矩陣，進(jìn)行正交校驗(yàn)包括：1)記當(dāng)前待校驗(yàn)的姿態(tài)矩陣為A，記其3個(gè)列向量為β₁、β₂、β₃，計(jì)算3個(gè)列向量?jī)蓛芍g內(nèi)積絕對(duì)值的最大值2)如果π_max小于內(nèi)積絕對(duì)值上限則認(rèn)為正交校驗(yàn)成功，反之則認(rèn)為正交校驗(yàn)失??；3)遍歷候選列表每一個(gè)姿態(tài)矩陣進(jìn)行步驟1)、2)的同時(shí)，記錄π_max最小時(shí)的姿態(tài)矩陣及對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合；4)內(nèi)積絕對(duì)值上限其中精度因子ε是正數(shù)；5)精度因子ε＝α·χ，χ是對(duì)應(yīng)的特征分布因子，α是觀測(cè)向量精度系數(shù)，由星敏感器成像元件精度和標(biāo)定精度有關(guān)，通過標(biāo)定及數(shù)值計(jì)算提前確定；6)觀測(cè)向量精度系數(shù)α的通常取值范圍為0＜α≤0.001。

在步驟S8中，判斷候選列表是否為空，如果是，則回到S1，否則執(zhí)行S9。

即言，如果候選列表為空，則重復(fù)步驟S1，否則執(zhí)行步驟S9。

在步驟S9中，選取候選列表中姿態(tài)矩陣最接近正交的姿態(tài)矩陣作為最終的姿態(tài)解算結(jié)果，并選取對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合作為最終的星圖識(shí)別結(jié)果，進(jìn)而認(rèn)為星圖識(shí)別和姿態(tài)解算成功。

其中，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，S9中，選取候選列表中姿態(tài)矩陣最接近正交的姿態(tài)矩陣作為最終的姿態(tài)解算結(jié)果時(shí)，多個(gè)內(nèi)積絕對(duì)值的最大值中最小時(shí)對(duì)應(yīng)的姿態(tài)矩陣作為最終的姿態(tài)解算結(jié)果。

具體地，如圖2所示，選取候選列表中姿態(tài)矩陣最接近正交的姿態(tài)矩陣作為最終的姿態(tài)解算結(jié)果，選取對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合作為最終的星圖識(shí)別結(jié)果，認(rèn)為星圖識(shí)別和姿態(tài)解算成功。

也就是說(shuō)，步驟S9中，選取候選列表中姿態(tài)矩陣最接近正交的姿態(tài)矩陣作為最終的姿態(tài)解算結(jié)果，具體是指選取π_max最小的姿態(tài)矩陣作為最終的姿態(tài)解算結(jié)果。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例的星敏感器星圖識(shí)別和姿態(tài)解算的快速魯棒校驗(yàn)方法，通過提供了判別星圖誤識(shí)別及錯(cuò)誤姿態(tài)解算的指標(biāo)體系，可以據(jù)此迅速排除誤識(shí)別的導(dǎo)航星組合及錯(cuò)誤的姿態(tài)矩陣，避免了常規(guī)從視場(chǎng)內(nèi)選取更多觀測(cè)星進(jìn)行輔助判別的重復(fù)性做法，從而達(dá)到快速魯棒校驗(yàn)結(jié)果正確性的目的，具有普遍適用性，并不限定于某種星圖識(shí)別和姿態(tài)解算方法。

下面以一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的校驗(yàn)方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，星敏感器成像焦距50.00mm，成像單元共1024×1024像素，每個(gè)像素寬0.015mm，光軸中心在像平面的投影位于(505.000,505.000)處，成像的極限星等為5.0，標(biāo)定后的星點(diǎn)提取3σ誤差為0.30像素，對(duì)應(yīng)觀測(cè)向量的擾動(dòng)誤差情況如圖3所示，據(jù)此確定觀測(cè)向量精度系數(shù)α＝0.00018。

某次對(duì)天空成像，視場(chǎng)中總共存在7顆星，在像平面上坐標(biāo)的觀測(cè)值分別為：O₁:(720.425,233.086)、O₂:(448.154,479.483)、O₃:(387.255,623.943)、O₄:(191.210,501.623)、O₅:(452.018,617.862)、O₆:(311.515,456.969)、O₇:(292.394,493.866)。

取其中N＝4顆作為觀察星，選取的觀察星組合為：O₁、O₂、O₃、O₄，轉(zhuǎn)換坐標(biāo)至星敏感器參考系，歸一化得到4個(gè)觀測(cè)向量，分別為：w₁＝[-0.06428,0.08114,0.99463]^T、w₂＝[0.01705,0.00765,0.99983]^T、w₃＝[0.03528,-0.03564,0.99874]^T、w₄＝[0.09372,0.00101,0.99560]^T。

組成觀測(cè)矩陣W＝[w₁,w₂,w₃,w₄]，根據(jù)觀測(cè)矩陣W及其中的觀測(cè)向量，進(jìn)行星圖識(shí)別和姿態(tài)解算，得到姿態(tài)解算及對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合的候選列表，候選列表中共包含3種可能的姿態(tài)和導(dǎo)航星組合。對(duì)3種導(dǎo)航星組合的導(dǎo)航星矩陣分別進(jìn)行奇異值分解，得到奇異值后，按照計(jì)算3種情況下的特征分布因子分別為：χ＝92，105，107。

對(duì)3種可能的姿態(tài)矩陣計(jì)算行列式，分別為0.99945，1.83834，-2.44264。進(jìn)行行列式校驗(yàn)。根據(jù)行列式上下限計(jì)算式和

其中，對(duì)第1個(gè)候選，χ＝92，|A|＝0.9994，計(jì)算得ε＝α·χ＝0.00018×92＝0.01656，κ_A＝0.9716，滿足因此該候選情況的姿態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合暫時(shí)保留在候選列表中；對(duì)第2種候選，χ＝105，|A|＝1.8383，計(jì)算得ε＝α·χ＝0.00018×105＝0.01890，κ_A＝0.9676，不滿足因此該候選情況的姿態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合從候選列表中刪除；對(duì)第3種候選，χ＝₁₀₇，|A|＝-2.4426，計(jì)算得ε＝α·χ＝0.00018×107＝0.01926，κ_A＝0.9670，不滿足因此該條候選情況的姿態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合從候選列表中刪除。

經(jīng)過行列式校驗(yàn)，候選列表中僅余1個(gè)可能的姿態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合。該姿態(tài)矩陣為：

對(duì)于候選列表中的姿態(tài)矩陣進(jìn)行正交校驗(yàn)，計(jì)算得到π_max＝0.00023，而可見滿足因此行列式校驗(yàn)成功。

經(jīng)過行列式校驗(yàn)和正交校驗(yàn)的篩選，候選列表中有1種可能的姿態(tài)矩陣及其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合。取最接近正交的姿態(tài)矩陣，本例中亦即是候選列表中唯一的姿態(tài)矩陣A作為最終的姿態(tài)解算結(jié)果，其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航星組合為：v₁＝[-0.55386,0.81716,0.15963]^T、v₂＝[-0.63178,0.76875,0.09938]^T、v₃＝[-0.65235,0.75559,0.05928]^T、v₄＝[-0.68903,0.71730,0.10358]^T。即言，該導(dǎo)航星組合即為最終的星圖識(shí)別結(jié)果。

類似進(jìn)行重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試。總共測(cè)試次數(shù)1039次，當(dāng)觀測(cè)星數(shù)量滿足大于4顆情況1000次，對(duì)此1000次進(jìn)行識(shí)別，本發(fā)明方法均給出了識(shí)別判斷，并且與真實(shí)值比較，結(jié)果正確1000次，識(shí)別正確率為100％。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的星敏感器星圖識(shí)別和姿態(tài)解算的快速魯棒校驗(yàn)方法提供了判別星圖誤識(shí)別及錯(cuò)誤姿態(tài)解算的指標(biāo)體系，可以據(jù)此迅速排除誤識(shí)別的導(dǎo)航星組合及錯(cuò)誤的姿態(tài)矩陣，避免了常規(guī)從視場(chǎng)內(nèi)選取更多觀測(cè)星進(jìn)行輔助判別的重復(fù)性做法，從而達(dá)到快速魯棒校驗(yàn)結(jié)果正確性的目的。值得特別說(shuō)明之處有三點(diǎn)：第一，本發(fā)明實(shí)施例的方法具有普遍適用性，并不限定于某種星圖識(shí)別和姿態(tài)解算方法；本發(fā)明實(shí)施例的方法中計(jì)算量最大的奇異值分解環(huán)節(jié)即步驟S8，由于其本身是姿態(tài)解算過程的一環(huán)，因此實(shí)際中無(wú)需重復(fù)計(jì)算，因此該環(huán)節(jié)并未引入額外的計(jì)算復(fù)雜度；第二，本發(fā)明實(shí)施例的方法既可以軟件實(shí)現(xiàn)，也可以通過硬件電路實(shí)現(xiàn)，從而進(jìn)一步提高快速性。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。