恒星星图与宇宙背景辐射叠加显示方法

本发明涉及动态星图模拟，具体涉及恒星星图与宇宙背景辐射叠加显示方法。

背景技术：

1、在航天器的工作轨道不断扩展和应用场景日益多样化的背景下，星敏感器作为航天器姿态控制系统的核心部件，面临着更加复杂的在轨工况，这要求星敏感器具备复杂背景辐射下的快速恒星观测与姿态解算能力，因此，如何在地面模拟环境中精确复现宇宙背景下的辐射条件和高动态恒星位置信息，以完成星敏感器在发射前的复杂工况性能验证和标定，已成为确保航天器在轨安全稳定运行的关键技术问题，同时也是当前国际航空航天研究的热点之一。

2、现有的动态星模拟器在星图模拟过程中尚不具备自然宇宙背景辐射信息分布的模拟能力，导致星敏感器在复杂宇宙背景辐射干扰下去噪和定姿算法无法准确验证。

技术实现思路

1、为此，本发明提供恒星星图与宇宙背景辐射叠加显示方法，通过恒星星图与宇宙背景辐射显示方法控制星图信息分布进行模拟工作，同时对星敏感器的算法进行准确计算，以解决现有的动态星模拟器在星图模拟过程中尚不具备自然宇宙背景辐射信息分布的模拟能力，导致星敏感器在复杂宇宙背景辐射干扰下去噪和定姿算法无法准确实验的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：恒星星图与宇宙背景辐射叠加显示方法，包括

3、恒星星图与宇宙背景辐射显示方法，所述恒星星图与宇宙背景辐射显示方法输出端连接有动态星图与宇宙背景辐射复合模拟原理，所述动态星图与宇宙背景辐射复合模拟原理输出端连接有星图与宇宙背景辐射融合播放算法，所述星图与宇宙背景辐射融合播放算法输出端连接有视锥筛选星图快速生成算法；

4、所述视锥筛选星图快速生成算法输出端连接有动态星图与宇宙背景辐射融合系统，所述动态星图与宇宙背景辐射融合系统输出端连接有实验结果评价系统。

5、优选的，所述动态星图与宇宙背景辐射复合模拟原理包括动态星图与宇宙背景辐射复合模拟架构、动态星图分布模型和宇宙背景辐射叠加能量分布模型。

6、优选的，所述星图与宇宙背景辐射融合播放算法包括欧拉角计算旋转矩阵算法系统和星敏感器坐标系判断算法系统。

7、优选的，所述视锥筛选星图快速生成算法包括星敏感器观测星图计算展示系统和星图指向确定系统。

8、优选的，所述视锥筛选星图快速生成算法还包括星敏感器视锥坐标系星点与筛选系统和天穹投影系统。

9、优选的，所述实验结果评价系统包括星图与宇宙背景融合实验结果播放系统和星图播放算法标准性能评价系统。

10、优选的，所述实验结果评价系统还包括星图播放数量确定系统、算法结果对比系统和融合结果讨论系统。

11、优选的，

12、s1：恒星星图与宇宙背景辐射显示方法1控制动态星图与宇宙背景辐射复合模拟原理2对动态星图和宇宙背景辐射图像进行复合模拟，然后通过星图与宇宙背景辐射融合播放算法3对星表中的恒星完成姿态变化模拟，进而节省了大量的计算资源，提升星图播放速度。在此基础上，增加星图与宇宙背景辐射融合功能，便能实现在具有自然宇宙背景辐射分布模拟下的星图快速播放，再控制视锥筛选星图快速生成算法4工作，将星敏感器视场边界线，绕星敏感器视轴旋转形成的回转体定义为视锥，视锥筛选星图快速生成算法4对视锥范围进行算法的快速生成，然后再通过动态星图与宇宙背景辐射融合系统5对星图与宇宙背景的辐射情况进行融合工作，最后通过实验结果评价系统6对模拟实验的结果进行评价和讨论；

13、s2：动态星图与宇宙背景辐射复合模拟原理2控制动态星图与宇宙背景辐射复合模拟架构7通过星敏感器等受到观测目标外的日光、月光和地气光等空间光辐射信息的干扰所形成的宇宙背景图像也可以看作是近似无穷远的光照射到星敏感器探测器像面上的图像，因此可根据准直光学系统工作原理，将所需模拟的动态星图和宇宙背景辐射图像融合后，呈现在准直光学系统的焦面处的显示器件上，从而实现了无穷远的恒星与宇宙背景辐射复合模拟方法，星图与宇宙背景辐射复合模拟原理主要需考虑生成的星图和宇宙背景辐射图像的配准方法和叠加策略，再控制动态星图分布模型8，准确的星图能量分布模型和宇宙背景辐射叠加能量分布模型9是动态星图与宇宙背景辐射复合模拟快速显示方法的基础；

14、星图与宇宙背景辐射融合播放算法3控制欧拉角计算旋转矩阵算法系统10和星敏感器坐标系判断算法系统11工作，星图播放算法进行星图姿态变化时，需要根据欧拉角计算旋转矩阵，进而对星表中所有恒星完成姿态变化，然后根据星敏感器的视场，剔除视场外的恒星并进行星图显示，通过预先判断星敏感器坐标系下视轴在天球坐标系中的指向，再根据视场确定星图显示视锥，从而筛选出视锥之内的星点，对筛选出的星点进行姿态变换，视锥筛选星图快速生成算法4控制星敏感器观测星图计算展示系统12和星图指向确定系统13对星敏感器观测的星图进行计算和展示，然后对星图的指向进行确定工作，同时控制星敏感器视锥坐标系星点与筛选系统14和天穹投影系统15可以根据星图对应视场、动态星图序列的初始欧拉角、欧拉角增量以及星图总数，确定星敏感器姿态，利用旋转前的星敏感器视锥对天球坐标系星点进行预筛选，而优化星点的筛选过程；

15、s3：实验结果评价系统6控制星图与宇宙背景融合实验结果播放系统16和星图播放算法标准性能评价系统17对融合的实验结果进行播放工作，星图播放的算法进行标准性能进行评价工作，然后控制星图播放数量确定系统18、算法结果对比系统19和融合结果讨论系统20对星图的播放和算法进行融合及讨论；

16、播放过程中瞬时稳定性的单帧星图刷新率，以及表示消耗时间一致性的单帧星图消耗时间，作为星图播放算法的评价标准，形成较为全面的星图播放算法性能评价标准。同时，目前星图播放算法不具备星图与宇宙背景辐射融合播放能力，且没有单帧星图刷新率和单帧星图消耗时间的相关指标参数，因此，本节引入同样不具备宇宙背景辐射模拟能力，且需要对星表中所有恒星完成姿态变化的全星表遍历生成算法，进行星图播放算法性能对比，得到无自然宇宙背景辐射分布时，视锥筛选星图生成算法中视锥筛选机制对的星图播放算法性能的提升程度，然后再对视锥筛选星图生成算法和星图与宇宙背景辐射融合播放算法3进行实验对比，得到具备自然宇宙背景辐射分布与星图复合模拟能力时，星图与宇宙背景辐射融合播放算法3和视锥筛选星图生成算法的算法性能差距；

17、将本文研究方法嵌入目前其他星图生成算法，结合对星表的合理分区，对搜索方法的优化，同样可以大幅度地提升星图播放速度，可为星敏感器的地面标定与性能验证能力的提升奠定理论基础，为航天领域重大飞行事件的数字化仿真和推演提供技术保障。

18、本发明的有益效果是：

19、通过恒星星图与宇宙背景辐射显示方法控制星图信息分布进行模拟工作，同时对星敏感器的算法进行准确计算，以解决现有的动态星模拟器在星图模拟过程中尚不具备自然宇宙背景辐射信息分布的模拟能力，导致星敏感器在复杂宇宙背景辐射干扰下去噪和定姿算法无法准确实验的问题，本发明可减少需姿态变换的星点数量的视锥筛选星图快速生成算法，并在此基础上，在实现了动态星图与宇宙背景辐射融合前提下，提升了动态星图播放速度；

20、最后，利用峰值信噪比量化评价了星图与宇宙背景辐射融合前后图像失真效果，针对目前暂无对星图播放的瞬间稳定性和消耗时间一致性的评价手段，在平均刷新率的基础上，提出了利用相对标准差的单帧星图瞬时稳定性和消耗时间一致性的评价标准，实验对比了所提算法和不具备宇宙背景辐射模拟能力的全星表遍历生成算法性能，并与国际相关研究最高水平进行了指标比较。

技术特征：

1.恒星星图与宇宙背景辐射叠加显示方法，其特征在于：包括

2.根据权利要求1所述的恒星星图与宇宙背景辐射叠加显示方法，其特征在于：所述动态星图与宇宙背景辐射复合模拟原理(2)包括动态星图与宇宙背景辐射复合模拟架构(7)、动态星图分布模型(8)和宇宙背景辐射叠加能量分布模型(9)。

3.根据权利要求1所述的恒星星图与宇宙背景辐射叠加显示方法，其特征在于：所述星图与宇宙背景辐射融合播放算法(3)包括欧拉角计算旋转矩阵算法系统(10)和星敏感器坐标系判断算法系统(11)。

4.根据权利要求1所述的恒星星图与宇宙背景辐射叠加显示方法，其特征在于：所述视锥筛选星图快速生成算法(4)包括星敏感器观测星图计算展示系统(12)和星图指向确定系统(13)。

5.根据权利要求1所述的恒星星图与宇宙背景辐射叠加显示方法，其特征在于：所述视锥筛选星图快速生成算法(4)还包括星敏感器视锥坐标系星点与筛选系统(14)和天穹投影系统(15)。

6.根据权利要求1所述的恒星星图与宇宙背景辐射叠加显示方法，其特征在于：所述实验结果评价系统(6)包括星图与宇宙背景融合实验结果播放系统(16)和星图播放算法标准性能评价系统(17)。

7.根据权利要求2所述的恒星星图与宇宙背景辐射叠加显示方法，其特征在于：所述实验结果评价系统(6)还包括星图播放数量确定系统(18)、算法结果对比系统(19)和融合结果讨论系统(20)。

8.根据权利要求4所述的恒星星图与宇宙背景辐射叠加显示方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开了恒星星图与宇宙背景辐射叠加显示方法，涉及动态星图模拟技术领域，其技术方案是：包括恒星星图与宇宙背景辐射显示方法，恒星星图与宇宙背景辐射显示方法输出端连接有动态星图与宇宙背景辐射复合模拟原理，动态星图与宇宙背景辐射复合模拟原理输出端连接有星图与宇宙背景辐射融合播放算法，星图与宇宙背景辐射融合播放算法输出端连接有视锥筛选星图快速生成算法，视锥筛选星图快速生成算法输出端连接有动态星图与宇宙背景辐射融合系统，本发明的有益效果是：本发明可减少需姿态变换的星点数量的视锥筛选星图快速生成算法，并在此基础上，在实现了动态星图与宇宙背景辐射融合前提下，提升了动态星图播放速度。

技术研发人员：赵斌,张宇,张国玉,杨松洲,杨俊杰,任太阳,张健,徐达,孙景睿,刘石,运志坤
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23