星敏感器作為一種可獨(dú)立輸出三軸姿態(tài)的姿態(tài)測量器件,具有功耗低、高精度以及高可靠性等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于天文導(dǎo)航系統(tǒng)。星圖識(shí)別算法的好壞直接影響了星敏感器的姿態(tài)測量精度。星敏感器通過CCD相機(jī)捕獲星圖,需要先對(duì)星圖進(jìn)行預(yù)處理,星圖預(yù)處理包括星圖降噪、星點(diǎn)提取、星點(diǎn)質(zhì)心定位。在星圖完成預(yù)處理后,才能進(jìn)行星圖識(shí)別。星圖識(shí)別是將星敏感器所拍攝星圖中的星點(diǎn)與導(dǎo)航星特征庫中的參考星點(diǎn)進(jìn)行特征匹配,從而通過計(jì)算獲得載體姿態(tài)信息。本文針對(duì)小視場星敏感器單視場捕獲星點(diǎn)數(shù)目少、探測靈敏度高、星等敏感極限大等特點(diǎn),開展了星圖識(shí)別算法的研究。星圖預(yù)處理以及導(dǎo)航星表的構(gòu)建作為匹配識(shí)別的重要基礎(chǔ),直接影響星圖匹配的成功率,也是本文的重點(diǎn)研究內(nèi)容。首先,結(jié)合小視場星敏感器特點(diǎn),對(duì)星點(diǎn)提取問題進(jìn)行分析,主要包括星圖降噪、星點(diǎn)提取、星點(diǎn)質(zhì)心定位算法的研究。在已知星圖噪聲情況的基礎(chǔ)上,對(duì)現(xiàn)有濾波算法進(jìn)行分析,選擇適用于星圖的降噪方法。在星點(diǎn)提取的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究了星點(diǎn)定位算法,主要包括傳統(tǒng)質(zhì)心法、曲面擬合法、改進(jìn)的質(zhì)心法,并對(duì)帶閾值的質(zhì)心法質(zhì)心提取誤差進(jìn)行仿真分析。在星圖模擬技術(shù)的基礎(chǔ)上,對(duì)星點(diǎn)誤差進(jìn)行分析,研究對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償校準(zhǔn)的方法。其次,針對(duì)小視場星敏感器星等敏感極限高、暗星探測能力強(qiáng)、單視場捕獲星點(diǎn)數(shù)目不足的特點(diǎn),確定在星等濾波中所采用的星等極限值。建立導(dǎo)航星庫。先對(duì)星表中存儲(chǔ)的導(dǎo)航星位置信息進(jìn)行赤經(jīng)、赤緯變換,并對(duì)天區(qū)進(jìn)行分塊,再分別在每個(gè)天區(qū)中求出導(dǎo)航星的方向矢量。針對(duì)小視場星敏感器的特點(diǎn),對(duì)雙星進(jìn)行合成處理成一顆星,計(jì)算出每個(gè)天區(qū)中所有組合星對(duì)的星間角距,并將其按升序排列,完成導(dǎo)航星特征庫的建立。最后,針對(duì)現(xiàn)有星敏感器星圖識(shí)別算法在視場較小時(shí),無法兼顧識(shí)別算法的魯棒性與識(shí)別準(zhǔn)確率的問題,提出一種改進(jìn)的三角形星圖識(shí)別算法。并且針對(duì)導(dǎo)航星特征庫的數(shù)據(jù)特點(diǎn),采用二分法進(jìn)行查找,提高了搜索速度,減少識(shí)別過程中搜索所需時(shí)間。經(jīng)仿真驗(yàn)證,該改進(jìn)算法在視場內(nèi)的星點(diǎn)數(shù)目較少、星圖有噪聲時(shí),仍具有較高的識(shí)別成功率以及魯棒性,可以有效應(yīng)用于小視場星敏感器領(lǐng)域。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V448.22
【部分圖文】：

第 1 章 緒論星圖識(shí)別是應(yīng)用星敏感器測姿的關(guān)鍵技術(shù)，是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其內(nèi)容主要包括星圖預(yù)處理、導(dǎo)航星特.征庫的構(gòu)建、星圖的特征提取以及匹配識(shí)別等。其識(shí)別過程的基本思想就是將星敏感器拍攝到的星圖特征與導(dǎo)航特征庫中的星模式進(jìn)行對(duì)比，以確定星敏感器當(dāng)前姿態(tài)。星圖識(shí)別的基本流程如圖 1.2 所示。

型的星敏感器所拍攝的星空圖像。圖 2.3 典型的星敏感器拍攝的星空圖像任取某一星點(diǎn)周圍的局部星圖，如圖2.3中方框所標(biāo)注部分，對(duì)其進(jìn)行灰度值分析，得到星點(diǎn)及其鄰域的灰度分布如圖 2.4 所示。根據(jù)圖2.4中的灰度分布分析，可以得到以下兩個(gè)結(jié)論：(1) 從頻域角度看，星點(diǎn)區(qū)域?yàn)榈皖l部分，背景及噪聲為高頻部分；(2) 星點(diǎn)的整體灰度值顯然大于星空背景以及各種干擾噪聲的灰度值。上述兩個(gè)結(jié)論則分別為星圖的降噪以及閾值分割提高了依據(jù)。由上述可知，星圖噪聲主要成分是椒鹽噪聲和高斯噪聲，而且高斯噪聲的影響較大，并且和星空背景、感光元器件噪聲等多種因素相關(guān)。而且，根據(jù)星點(diǎn)及其鄰域灰度值分析可知，星圖噪聲為高頻噪聲

低通濾波去噪用濾波模板進(jìn)行濾波是一種典型的非線性濾波方式，依靠模板(2 ′ 2,3′ 現(xiàn)對(duì)圖像的濾波處理。我們以3′ 3 大小的模板為例，對(duì)模板濾波原理進(jìn)行2.3(a)表示原始圖像的一部分，其中 至 為相應(yīng)位置像素點(diǎn)的灰度值，大小為3′ 3 的模板，其中0 8k ~k 為模板權(quán)值系數(shù)。將 模 板的中 心位置與y )的像素點(diǎn)重合，將 所在位置與待處理圖像中灰度值為0g 的 像 素點(diǎn)的模板輸出Y為：0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7f ( k g , k g , k g , k g , k g , k g , k g , k g)YK= 中： f ( )表示不同濾波方式所對(duì)應(yīng)的濾波函數(shù)，K 表示濾波系數(shù)。圖 2.5(c)，將像素點(diǎn)( x , y )的灰度值置為Y，就完成了在該像素點(diǎn)的低通濾濾波、中值.濾波以及均值濾波等模板濾波而言，其濾波原理及實(shí)現(xiàn)過程別在于濾波函數(shù)、濾波系數(shù)以及加權(quán)系數(shù)的不同。0g8g0k
【參考文獻(xiàn)】

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2 李健;張廣軍;魏新國;;多視場星敏感器數(shù)學(xué)模型與精度分析[J];紅外與激光工程;2015年04期

3 王龍;楊孟飛;鐘紅軍;盧欣;楊君;李曉;余成武;劉婧;梁士通;;星敏感器星點(diǎn)聚類提取方法[J];中國科學(xué):技術(shù)科學(xué);2015年03期

4 牛瑞;王昱;;背景預(yù)測與目標(biāo)標(biāo)記法結(jié)合的星圖星點(diǎn)提取算法[J];測繪科學(xué);2015年02期

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6 李輝;王安國;張磊;;改進(jìn)金字塔算法用于小視場星圖識(shí)別[J];應(yīng)用光學(xué);2013年02期

7 陸敬輝;王宏力;文濤;陸長捷;;彈載導(dǎo)航星表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];宇航學(xué)報(bào);2011年09期

8 邢飛;尤政;董瑛;;基于導(dǎo)航星域和K矢量的快速星圖識(shí)別算法[J];宇航學(xué)報(bào);2010年10期

9 李光蕊;;適用于星敏感器的導(dǎo)航星表構(gòu)造算法研究[J];光學(xué)技術(shù);2010年05期

10 田宏;林玲;郝永杰;盧衛(wèi);陳元培;張輝;;星敏感器導(dǎo)航星表建立[J];空間控制技術(shù)與應(yīng)用;2010年03期

本文編號(hào)：2893145