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一種快速和高魯棒性自主恒星識別方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410138623.5

申請日:

2014.04.08

公開號:

CN103954280A

公開日:

2014.07.30

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G01C 21/02申請日:20140408|||公開
IPC分類號: G01C21/02 主分類號: G01C21/02
申請人: 北京控制工程研究所
發明人: 程會艷; 武延鵬; 鐘紅軍; 鄭然; 劉達; 梁瀟; 周建濤
地址: 100080 北京市海淀區北京2729信箱
優先權:
專利代理機構: 中國航天科技專利中心 11009 代理人: 安麗
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410138623.5

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.09.21|||2014.08.27|||2014.07.30

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明是一種快速和高魯棒性自主恒星識別方法,該方法包括下列步驟:首先從所有觀測星對中找出與其匹配次數最多的導航星對,生成匹配矩陣;其次確認匹配矩陣中兩兩匹配對之間的匹配關系,生成匹配確認矩陣;最后依據匹配確認矩陣計算最大匹配組,得到識別結果。本發明具有識別速度快、魯棒性好、識別概率高、誤識別率低且算法實現的代價低,識別容錯率高的優點。

權利要求書

權利要求書
1.  一種快速和高魯棒性自主恒星識別方法,其特征在于包括步驟如下:
(1)根據星敏感器視場,選出導航星兩兩之間夾角小于等于星敏感器視場的導航星對,并計算每個導航星對的夾角余弦值,生成導航星對角距表;
(2)對所有觀測星按能量從大到小進行排序,所述觀測星為星圖中用于與導航星進行匹配識別的星點;
(3)計算觀測星兩兩之間的夾角余弦值,生成觀測星對角距表;
(4)利用K矢量法選出與每個觀測星對匹配的導航星對,其匹配的導航星對需同時滿足以下兩個條件:
a)導航星對角距與觀測星對角距差的絕對值小于等于角距匹配閾值;
b)導航星對中的導航星星等與觀測星對中觀測星的星等差的絕對值小于等于星等匹配閾值;
滿足上述條件的導航星對組成候選導航星對角距表;
(5)從候選導航星對角距表中找出與觀測星對匹配次數最多的導航星對,組成匹配矩陣基;
(6)依據觀測星個數確定匹配閾值,并根據匹配閾值計算匹配矩陣;
(7)根據匹配矩陣生成匹配確認矩陣,同時計算導航星對和觀測星對匹配時的角距匹配誤差矩陣;
(8)根據角距匹配誤差矩陣計算匹配矩陣中每個匹配對的匹配誤差平均值;
(9)根據匹配確認矩陣計算最大匹配組,所述最大匹配組為匹配矩陣中所有兩兩滿足互匹配的匹配組中匹配組元素個數最大的匹配組,最大匹配組的最小維數為3;
(10)對最大匹配組進行判斷,若最大匹配組存在,則識別成功,進入步驟(12),否則進入步驟(11);
(11)對步驟(6)中的匹配閾值進行如下判斷:
若匹配閾值大于最小匹配閾值,則匹配閾值自動減1,并回到步驟(6);
若匹配閾值小于等于最小匹配閾值,則最大匹配組不存在,識別失敗,進入步驟(13);
(12)根據最大匹配組計算最終匹配組,所述最終匹配組中元素為識別成功的匹配對的序號,與匹配矩陣中的匹配對序號相對應,查找匹配矩陣可得到識別成功的觀測星序號及與其對應的導航星序號;
(13)結束本次識別。

2.  根據權利要求1所述的一種快速和高魯棒性自主恒星識別方法,其特征在于:所述步驟(5)中的匹配矩陣基的具體計算過程如下:
(1)首先對觀測星對及與其匹配的導航星對進行匹配計數,生成匹配計數矩陣;
(2)對匹配計數矩陣進行統計,選出與每個觀測星匹配的匹配次數最大的導航星序號及相應的匹配次數;
(3)由觀測星序號、與其匹配的導航星序號及匹配次數最大值組成匹配矩陣基。

3.  根據權利要求1所述的一種快速和高魯棒性自主恒星識別方法,其特征在于:所述步驟(6)中匹配閾值的確定以及匹配矩陣的計算,其具體過程如下:
根據觀測星個數選取匹配閾值,匹配閾值的初值=(觀測星個數/2)向下取整,在識別過程中根據識別結果可對匹配閾值進行調整,匹配閾值的最小值為2;
選出匹配矩陣基中滿足觀測星與導航星匹配的匹配次數最大值大于等于匹配閾值的匹配對,組成匹配矩陣。

4.  根據權利要求1所述的一種快速和高魯棒性自主恒星識別方法,其特征在于:所述步驟(9)中最大匹配組的計算方式如下:
(1)根據匹配確認矩陣計算三角匹配組,其中三角匹配組為匹配矩陣中 所有兩兩滿足互匹配的匹配組中匹配組元素個數為3的匹配組;
(2)對三角匹配組的行數進行判斷:
若三角匹配組的行數大于等于1,則執行步驟(3),否則最大匹配組不存在并進入步驟(17);
(3)初始化極大匹配組,并初始化極大匹配組的行數kc等于0,其中所述極大匹配組為基于三角匹配組查找的匹配確認矩陣中所有兩兩滿足互匹配的匹配組;
(4)取出三角匹配組中第i行的元素記為line_i,其中i為正整數,并進行如下判斷:
若kc大于0,且極大匹配組中任意一行的元素包含line_i,則執行步驟(14),否則執行步驟(5);
若kc等于0,執行步驟(5);
(5)找出匹配確認矩陣中line_i的元素值對應的行中相同的元素記為line_com_i;
(6)找出line_com_i中除了line_i中元素之外的其他元素記為line_other_i,并進行如下判斷:
若line_other_i為空,則將line_i的元素賦值給line_com,且kc自動加1,極大匹配組的第kc行等于line_com,并執行步驟(14);
若line_other_i不為空,則執行步驟(7);
(7)取出line_other_i中第j個元素與line_i組成line_j,其中j為line_other_i中的元素計數,j為正整數;
(8)找出匹配確認矩陣中line_j中元素對應的行中相同的元素組成line_sj,并進行如下判斷:
若line_sj等于line_i,將line_i的元素賦值給line_com,且kc自動加1,極大匹配組的第kc行等于line_com,并執行步驟(13);
若line_sj等于line_j,則line_j的元素賦值給line_com,且kc自動加1,極 大匹配組的第kc行等于line_com,并執行步驟(13);
若line_sj包含line_j,則執行步驟(9);
(9)找出line_sj中除了line_j中元素之外的其他元素記為line_other_j;
(10)取出line_other_j中第k個元素與line_j組成line_k,其中k為line_other_j中的元素計數,k取正整數;
(11)找出匹配確認矩陣中line_k中元素對應的行中相同的元素組成line_sk,并進行如下判斷:
若line_sk等于line_j,則line_j的元素賦值給line_com,且kc自動加1,極大匹配組的第kc行等于line_com,并執行步驟(12);
若line_sk等于line_k,則line_k的元素賦值給line_com,且kc自動加1,極大匹配組的第kc行等于line_com,并執行步驟(12);
若line_sk包含line_k,則line_k的元素賦值給line_j,line_sk元素賦值給line_sj,并執行步驟(6);
(12)若k小于line_other_j元素個數,則k自動加1,并執行步驟(12),否則執行步驟(10);
(13)若j小于line_other_i元素個數,則j自動加1,并執行步驟(9),否則執行步驟(10);
(14)若i小于三角匹配組的行數,則i自動加1,并執行步驟(4),否則執行步驟(15);
(15)極大匹配組計算結束,進行如下判斷:
若kc大于0,則執行步驟(16);
若kc等于0,則最大匹配組不存在,執行步驟(17);
(16)記極大匹配組中匹配組元素個數最大值為Nmax,選取極大匹配組中元素個數等于Nmax的匹配組,即為最大匹配組;
(17)結束計算。

5.  根據權利要求4所述的一種快速和高魯棒性自主恒星識別方法,其特 征在于:所述步驟(1)中三角匹配組的計算過程如下:
(1)在匹配確認矩陣中增加一列用來存儲導航星和觀測星匹配的匹配對的序號;
(2)將匹配確認矩陣中每一行的元素與其元素值相等的列序號相對應;
(3)找出匹配確認矩陣中滿足任意三列元素的和與其對應的三列的列序號之和相等的匹配組,并且該匹配組中的元素分別與三列的列序號都相等,滿足該條件的匹配組即為三角匹配組。

6.  根據權利要求1所述的一種快速和高魯棒性自主恒星識別方法,其特征在于:所述步驟(12)中最終匹配組的計算方式如下:
(1)對最大匹配組進行判斷,若最大匹配組唯一,則最終匹配組等于最大匹配組,否則進入步驟(2);
(2)對最大匹配組的所有匹配組中相同元素個數進行判斷,若相同元素個數大于等于3,則最終匹配組為所有最大匹配組中不同元素組成的匹配組;否則最終匹配組為最大匹配組中匹配誤差最小的一組。

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