發(fā)布時(shí)間：2020-09-12 10:17

　　 自1957年第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射至今,人類對(duì)太空的探索從未停止,并逐漸向深空領(lǐng)域發(fā)展。航天器的導(dǎo)航控制是深空探索的關(guān)鍵環(huán)節(jié),隨著探索距離越來越遠(yuǎn),傳統(tǒng)地面站控制的局限性越發(fā)明顯,因此航天器自主導(dǎo)航成為實(shí)現(xiàn)深空探索的重要技術(shù)之一。光學(xué)自主導(dǎo)航利用高清光學(xué)敏感器獲取深空?qǐng)D片,通過圖像識(shí)別技術(shù),定位目標(biāo)和自身的位置、姿態(tài),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)器姿態(tài)和飛行路徑的控制。航天器在太空中的飛行速度快,關(guān)鍵姿態(tài)調(diào)整窗口期短,要求星載光學(xué)自主導(dǎo)航設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)獲取和處理圖像,及時(shí)獲得精確的航天器定位和導(dǎo)航信息。質(zhì)心檢測(cè)和邊緣檢測(cè)是光學(xué)自主導(dǎo)航系統(tǒng)中定位天體目標(biāo)的關(guān)鍵算法,傳統(tǒng)質(zhì)心提取和邊緣檢測(cè)算法較為復(fù)雜、計(jì)算量大,但是受體積和功耗的限制,星載計(jì)算機(jī)計(jì)算能力極其有限,很難滿足自主導(dǎo)航對(duì)圖像處理實(shí)時(shí)性的要求。另一方面,深空探測(cè)中目標(biāo)星體表面往往覆蓋有隕石坑和大氣,而傳統(tǒng)的邊緣檢測(cè)算法僅適用于提取圖像中的邊緣點(diǎn),無法識(shí)別目標(biāo)星體表面的隕石坑和大氣,從而引起大量偽邊緣點(diǎn),導(dǎo)致質(zhì)心提取的難度和誤差較大。本研究針對(duì)光學(xué)自主導(dǎo)航中圖像處理的實(shí)時(shí)性需求,研究并提出了一種質(zhì)心提取算法和一種優(yōu)化Canny邊緣檢測(cè)算法,在保證目標(biāo)質(zhì)心提取精度的前提下,極大簡化了算法的計(jì)算量。同時(shí),針對(duì)上述兩種算法,本研究設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的流水線處理架構(gòu),可實(shí)現(xiàn)算法的實(shí)時(shí)處理。基于上述研究,本研究在Xilinx Virtex-4開發(fā)平臺(tái)構(gòu)建了完整的光學(xué)自主導(dǎo)航圖像處理系統(tǒng),經(jīng)測(cè)試,最高FPGA運(yùn)行頻率可達(dá)120Mhz,處理一副5120×3840圖片所需時(shí)間為250ms,滿足光學(xué)自主導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)圖像處理實(shí)時(shí)性的要求。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V448.2;TP391.41
【部分圖文】：

面向深空的圖像識(shí)別算法研究及其嵌入式實(shí)現(xiàn)第二章 深空?qǐng)D像處理主要算法抵目標(biāo)星體的過程中，巡航階段和星跟蹤階段可使用光學(xué)自控的人力資源。在自主導(dǎo)航過程中，利用圖像處理算法提取星體的質(zhì)心坐標(biāo)，然后與本地星表數(shù)據(jù)比對(duì)，計(jì)算出探測(cè)器控計(jì)算機(jī)。主控計(jì)算機(jī)根據(jù)這些信息，結(jié)合系統(tǒng)狀態(tài)等信息。指探測(cè)器剛脫離地球軌道，此時(shí)目標(biāo)星體距離很遠(yuǎn)，目標(biāo)在大小的星點(diǎn)，如圖 2.1 所示。星跟蹤階段是指探測(cè)器飛到離相比于其他目標(biāo)星體要大很多，如圖 2.2 所示。

巡航階段是指探測(cè)器剛脫離地球軌道，此時(shí)目標(biāo)星體距離很遠(yuǎn)，目標(biāo)在像平面成像特征為只有幾個(gè)像素點(diǎn)大小的星點(diǎn)，如圖 2.1 所示。星跟蹤階段是指探測(cè)器飛到離目標(biāo)星體很近，此時(shí)目標(biāo)在像平面相比于其他目標(biāo)星體要大很多，如圖 2.2 所示。圖 2.1 巡航階段星圖圖 2.2 星跟蹤階段星圖圖 2.1 表明，此類星圖的特點(diǎn)是目標(biāo)非常小，但是數(shù)量眾多。在星敏感器可以拍攝六等星

質(zhì)心灰度組成示意圖

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本文編號(hào)：2817504