原理
對於任何一幅星敏感器採集的星圖,背景占據 了絕大部分星圖信息。如果星敏感器完全工作在全天球識別模式,即先掃描整幅星圖來提取星像坐標, 然後進行全天球識別,最後計算出飛行器的姿態信 息。這會導致在星像坐標提取過程中在很多星圖背 景處進行掃描,將花費大量的時間。隨著星敏感器 像平面面陣的增大,每次提取星像坐標所用的時間 也隨之增加。然而寬視場、大面陣的像平面是新一 代星敏感器的發展趨勢。所以如果星敏感器完全工 作在全天球識別模式,很難進一步提高星敏感器的姿態更新率。
對於適用於星敏感 器的星跟蹤算法,它的原理是飛行器進入平穩飛行 階段時處於緩慢移動狀態,因此在任意相鄰的短時間間隔內,同一恆星相鄰兩次在星敏感器像平面內 成像距離可能很小,可以看成在某範圍內移動,所以 在計算恆星在下一時刻的星像坐標時,可以以該恆 星在上一時刻的星像坐標為中心的某範圍內搜尋, 如圖 1 所示。
這就避免了在很多星圖背景處判斷是否存在星像的過程,節省了星像坐標提取的時間,從 而提高了星敏感器的姿態更新率。而且在提取星像坐標過程中,只是在星圖適當區域內判斷是否有星 像,不會隨著像平面面陣增大而增加掃描星圖的區 域,因此也不會增加星像坐標提取的時間。同時,由於在上一時刻已經完成了對成像在星敏感器像平面 上的恆星的匹配,而在下一時刻恆星只是在星敏感 器中的星像位置發生了變化,在天球內的位置沒有改變,因此在下一時刻不必對其重新匹配。所以,只 要能夠跟蹤一定數目的恆星在連續採集的星圖上星 像位置的變化,利用這種對應關係無需進行星圖識 別就可以直接求出飛行器在下一時刻的姿態信息。
星跟蹤算法具體實現
1.採用全天球識別算法識別出在 t時刻採集的 星圖上的所有的觀測星對應於天球上的恆星,從而 得到了 t 時刻觀測星在星圖上的星像坐標和與觀測 星對應的恆星在天球坐標系中的坐標等先驗信息。
2.在 時刻採集的星圖上,在以t時刻提取的各個星像坐標 為圓心,以R 為半徑的圓形區域內提取 時刻的各個星像坐標 ,其中 n 是t 時刻已識別星的個數。
3.如果在某些圓形區域內只提取到一個星像, 則該星像坐標 就是星像 對應的恆星在 時刻的像平面坐標。
4.由於恆星在天空中分布不均勻,在有些圓形 區域內可能會提取到多個星像坐標,即不但 與 之間的距離小於R ,而且 與 之間的距離 也小於 R。例如圖 2 中
不但 S1與 S1' 之間的距離小 於 R,而且S 1 與S3' 之間的距離也小於R; 不但S 2 與 S2' 之間的距離小於 R ,而且 S2 與 S4' 之間的距離 以及S2 與S5' 之間的距離也都小於 R。此時,可以利 用星對角距不變原理來選取正確的星像坐標,即利 用 t時刻 與 之 間的星對角距應該等於 時刻與之對應的星像坐標 與 之間 的星對角距這一基本原理來選取正確的星像坐標。 實現步驟如下：
（1）在 時刻採集的星圖上,在以每個t時刻 提取的星像坐標 為圓心,以R 為半徑 的圓形區域內提取分布在該區域內的所有星像的坐標 ,其中 是每個圓形區域內包含的星像個數。
（2）計算各個星像之間星對角距的餘弦值:
其中 為星像 *和星像 **的星對角 距, 。
（3）若且唯若 時,即認為星像坐 標 是星像 對應的恆星在 時刻的像平面坐標; 星像坐標 是星像 對應的恆星在 時刻的像 平面坐標。
（4）如果同時存在兩組或兩組以上滿足 ,那么提取以 為 圓心,以 R 為半徑的圓形區域內的所有星像的坐標 ,重複上 述過程,直到唯一為止。
