【摘要】：太空已成為目前各國激烈競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域,為了應(yīng)對(duì)來自太空的威脅,我們必須對(duì)所有在軌目標(biāo)進(jìn)行全面監(jiān)視,天基大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡作為空間監(jiān)視的重要載荷有著不可或缺的作用。由于發(fā)射時(shí)的沖擊和震動(dòng),以及在軌時(shí)惡劣太空環(huán)境的影響,天基大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡在軌后的內(nèi)方位元素會(huì)相對(duì)于地面標(biāo)定時(shí)發(fā)生了一定的變化,從而影響在軌測(cè)量的精度,因此針對(duì)天基大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)方位元素的在軌標(biāo)定有著重要的意義。本文將對(duì)天基大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)方位元素的在軌標(biāo)定展開探索性研究,主要研究分析了星點(diǎn)的亞像素細(xì)分及星圖模擬技術(shù),星圖預(yù)處理及標(biāo)定星點(diǎn)的篩選過程,以及內(nèi)方位元素在軌標(biāo)定算法。本文通過調(diào)研國內(nèi)外文獻(xiàn)對(duì)天基大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡工作原理進(jìn)行了分析,在此基礎(chǔ)上,建立了天基大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡的在軌測(cè)量模型和在軌標(biāo)定模型。對(duì)天基大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡在軌時(shí)拍攝星圖進(jìn)行了高精度的模擬,采用了一種基于高斯分布的模擬星點(diǎn)細(xì)分方法,并對(duì)星點(diǎn)的能量中心進(jìn)行了亞像素的灰度修正,結(jié)合建立的星庫完成了星圖的模擬。在星點(diǎn)的質(zhì)心提取方面,本文首先對(duì)噪聲星圖進(jìn)行了預(yù)處理,包括濾波去噪、閾值分割和連通域的劃分,在分析了三種質(zhì)心提取算法并對(duì)提取結(jié)果的偏差進(jìn)行了仿真后,選取了提取誤差最小的方法。針對(duì)天基大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)內(nèi)數(shù)量繁多的星點(diǎn),通過對(duì)比不同條件下星點(diǎn)質(zhì)心提取的平均偏差,對(duì)合適的標(biāo)定星點(diǎn)進(jìn)行了篩選,從而可以使標(biāo)定的結(jié)果更加準(zhǔn)確。最后,對(duì)內(nèi)方位元素在軌標(biāo)定算法進(jìn)行了研究和分析,并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),計(jì)算了標(biāo)定結(jié)果與仿真真值之間的偏差,從而衡量標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性,又使用平均星間角距統(tǒng)計(jì)偏差對(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。針對(duì)隨機(jī)測(cè)量噪聲分布不均勻時(shí),錯(cuò)誤的選擇了標(biāo)定星點(diǎn)的情況,提出了一種加權(quán)剔除的內(nèi)方位元素在軌標(biāo)定方法,該方法選取合理的權(quán)重對(duì)隨機(jī)測(cè)量噪聲較大的壞點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)處理,將壞點(diǎn)的權(quán)重減小甚至消除。對(duì)算法的仿真結(jié)果表明,使用該方法剔除壞點(diǎn)后,其標(biāo)定結(jié)果相對(duì)于擴(kuò)展卡爾曼濾波算法有明顯的提高。在圖像中存在焦平面畸變的情況下,建立了畸變模型,并分析了一階徑向畸變下對(duì)焦距的影響。建立了畸變補(bǔ)償模型對(duì)星點(diǎn)存在的焦平面畸變進(jìn)行了補(bǔ)償。通過仿真分析,在此模型下準(zhǔn)確的標(biāo)定了焦距。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P111
【圖文】：

第1章 緒論究的背景與意義前航天科技的發(fā)展，太空已成為各國和利益團(tuán)體競(jìng)相爭(zhēng)奪的領(lǐng)本是極其空曠深邃的，但是自從人類開始探索以來，近地軌道行器的光顧。經(jīng)過人類對(duì)太空的幾十年的探索，地球的軌道上其中不僅有很多在軌工作的衛(wèi)星，還充斥著諸如廢棄的衛(wèi)星、更小的太空垃圾。這些太空垃圾有可能會(huì)相互碰撞而產(chǎn)生新的時(shí)刻威脅著我們?cè)谲壭l(wèi)星的正常工作。除此之外衛(wèi)星還會(huì)面臨脅，諸如太空隕石撞擊、敵國太空打擊等。因此為了應(yīng)對(duì)這些環(huán)境監(jiān)視。

圖 1.2 在軌目標(biāo)監(jiān)視及衛(wèi)星組網(wǎng)Figure 1.2 Space target monitoring and satellite networking天基大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡要實(shí)現(xiàn)高精度的目標(biāo)測(cè)量，必須準(zhǔn)確標(biāo)定出天基大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡的內(nèi)方位元素。一般情況下，天基大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡在發(fā)射前，其內(nèi)方位元素都是預(yù)先在地面實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確標(biāo)定出的。但是在實(shí)際的飛行任務(wù)中，天基大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡會(huì)受到發(fā)射時(shí)的沖擊和震動(dòng)，以及在軌時(shí)惡劣的太空工作環(huán)境和長期工作后的磨損老化。比如隨著在輻射環(huán)境下工作時(shí)間的增加，CCD 暗電流噪聲變大，光學(xué)透過率下降，光學(xué)系統(tǒng)像差增大和結(jié)構(gòu)變形等因素，會(huì)使得成像精度下降[1]。因而其內(nèi)方位元素會(huì)相對(duì)于地面標(biāo)定時(shí)發(fā)生了一些變化，所以必須對(duì)天基大視場(chǎng)的內(nèi)方位元素進(jìn)行在軌標(biāo)定，以保證其觀測(cè)精度和在軌運(yùn)行的可靠性。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

圖 1.3 MSX&SBVFigure 1.3 MSX&SBV鏡的視場(chǎng)為 1.4°×6.6°，焦平面陣列由 4 片 CCD 拼接 1.4°×1.4°，每一個(gè)像素都有近乎方形的視場(chǎng)，其分辨驗(yàn)室研制的幀轉(zhuǎn)移可見光 CCID 7，每一片有 420×的運(yùn)動(dòng)軌跡，MSX/SBV 的觀測(cè)結(jié)果與地基觀測(cè)結(jié)周觀測(cè) 7 天，每天工作 8 小時(shí)。MSX/SBV 主要進(jìn)行，具備大面積搜索和監(jiān)視同步軌道帶的能力，其同步所示。

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本文編號(hào)：2801239