星跟踪算法

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星跟踪算法是根据星敏感器在一次全天球识别后能够获得一定先验信息的特点, 利用星敏感器在上一时刻采集的星图中已识别观测星的信息来获取星敏感器下一时刻采集的星图中待识别观测星的信息。

原理

对于任何一幅星敏感器采集的星图，背景占据了绝大部分星图信息。如果星敏感器完全工作在全天球识别模式，即先扫描整幅星图来提取星像坐标, 然后进行全天球识别，最后计算出飞行器的姿态信息。这会导致在星像坐标提取过程中在很多星图背景处进行扫描，将花费大量的时间。随着星敏感器像平面面阵的增大，每次提取星像坐标所用的时间也随之增加。然而宽视场、大面阵的像平面是新一代星敏感器的发展趋势。所以如果星敏感器完全工作在全天球识别模式，很难进一步提高星敏感器的姿态更新率。

对于适用于星敏感器的星跟踪算法，它的原理是飞行器进入平稳飞行阶段时处于缓慢移动状态，因此在任意相邻的短时间间隔内，同一恒星相邻两次在星敏感器像平面内成像距离可能很小，可以看成在某范围内移动，所以在计算恒星在下一时刻的星像坐标时，可以以该恒星在上一时刻的星像坐标为中心的某范围内搜索, 如图 1 所示。

这就避免了在很多星图背景处判断是否存在星像的过程，节省了星像坐标提取的时间，从而提高了星敏感器的姿态更新率。而且在提取星像坐标过程中，只是在星图适当区域内判断是否有星像，不会随着像平面面阵增大而增加扫描星图的区域，因此也不会增加星像坐标提取的时间。同时，由于在上一时刻已经完成了对成像在星敏感器像平面上的恒星的匹配，而在下一时刻恒星只是在星敏感器中的星像位置发生了变化，在天球内的位置没有改变，因此在下一时刻不必对其重新匹配。所以，只要能够跟踪一定数目的恒星在连续采集的星图上星像位置的变化，利用这种对应关系无需进行星图识别就可以直接求出飞行器在下一时刻的姿态信息。