空間天文望遠鏡穩(wěn)像系統(tǒng)根據(jù)抑制振動頻段范圍的不同而分為粗級穩(wěn)像系統(tǒng)和精密穩(wěn)像系統(tǒng),精密穩(wěn)像系統(tǒng)一般通過控制成像光路中的某一活動部件來使光線保持穩(wěn)定,可以看作是光路中的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng),精細導(dǎo)星儀（Fine Guidance Sensor,FGS）是光軸偏差量快速檢測裝置。精細導(dǎo)星儀工作原理為對望遠鏡視場內(nèi)的恒星進行成像,利用恒星目標(biāo)短時間內(nèi)在天球中位置基本不變這一條件來檢測光軸的偏差,利用望遠鏡超長的焦距可以進行極高精度的視軸位置偏差測量。恒星星斑在精細導(dǎo)星儀焦面上位置的測量精度和測量速度是精細導(dǎo)星儀兩個重要指標(biāo),星斑位置測量精度直接決定了光軸相對偏差量的測量精度,測量速度決定了精密穩(wěn)像系統(tǒng)閉環(huán)反饋的頻率帶寬。以此作為背景,本文主要研究空間天文望遠鏡精密穩(wěn)像系統(tǒng)中精細導(dǎo)星儀高精度、高速度的光軸相對偏差測量算法,并搭建原型樣機兼顧精度及實時性對系統(tǒng)進行了原型驗證。本論文的主要工作為:1)介紹精細導(dǎo)星儀工作原理,分析了精細導(dǎo)星儀星探測能力,設(shè)置合理的觀測星等。分析了精細導(dǎo)星儀測量精度及速度。設(shè)計精細導(dǎo)星儀硬件架構(gòu)和工作模式。2)建立圖像傳感器噪聲模型、質(zhì)心定位算法系統(tǒng)誤差模型、光軸振動及漂... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：181 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景
    1.2 課題應(yīng)用前景及意義
    1.3 論文主要內(nèi)容和章節(jié)安排
        1.3.1 論文主要內(nèi)容
        1.3.2 論文各章節(jié)安排
第2章 空間天文望遠鏡精細導(dǎo)星技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
    2.1 穩(wěn)像技術(shù)綜述
    2.2 哈勃天文望遠鏡精細導(dǎo)星系統(tǒng)
        2.2.1 哈勃望遠鏡概述
        2.2.2 哈勃精細導(dǎo)星儀
    2.3 詹姆斯韋伯天文望遠鏡精細導(dǎo)星系統(tǒng)
        2.3.1 詹姆斯韋伯望遠鏡概述
        2.3.2 詹姆斯韋伯天文望遠鏡精細導(dǎo)星儀
    2.4 SOFIA天文望遠鏡精細導(dǎo)星系統(tǒng)
        2.4.1 SOFIA天文望遠鏡望遠鏡概述
        2.4.2 SOFIA精密穩(wěn)像控制
    2.5 歐幾里得天文望遠鏡精細導(dǎo)星系統(tǒng)
        2.5.1 歐幾里得天文望遠鏡概述
        2.5.2 歐幾里得天文望遠鏡精細導(dǎo)星
    2.6 SOAR望遠鏡
    2.7 日出衛(wèi)星
    2.8 精細導(dǎo)星系統(tǒng)總結(jié)
    2.9 本章小結(jié)
第3章 精細導(dǎo)星系統(tǒng)總體方案設(shè)計及性能分析
    3.1 精密穩(wěn)像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與精細導(dǎo)星系統(tǒng)組成
    3.2 精細導(dǎo)星儀探測能力
        3.2.1 星光能量分析
        3.2.2 星探測概率
        3.2.3 星等探測能力
    3.3 精細導(dǎo)星儀性能參數(shù)
    3.4 精細導(dǎo)星系統(tǒng)測量精度及誤差分析
        3.4.1 精細導(dǎo)星系統(tǒng)測量精分析
        3.4.2 星斑質(zhì)心定位算法及精度分析
        3.4.3 圖像傳感器噪聲對測量精度的影響
        3.4.4 亞像元質(zhì)心定位算法系統(tǒng)誤差影響分析
        3.4.5 載體振動對星斑質(zhì)心定位的影響
    3.5 精細導(dǎo)星儀圖像傳感器選型及系統(tǒng)硬件方案設(shè)計
        3.5.1 圖像傳感器選型
        3.5.2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計
    3.6 精細導(dǎo)星儀工作模式
    3.7 本章小結(jié)
第4章 精細導(dǎo)星系統(tǒng)預(yù)處理技術(shù)
    4.1 星圖濾波
        4.1.1 FIR低通濾波器原理
        4.1.2 FIR濾波器設(shè)計方法
        4.1.3 FIR濾波器濾波效果及分析
        4.1.4 FIR濾波器FPGA高速實現(xiàn)
    4.2 背景劃分與閾值選取
        4.2.1 全局閾值法
        4.2.2 遞推背景預(yù)測閾值分割法
    4.3 本章小結(jié)
第5章 精細導(dǎo)星高速、高精度檢測技術(shù)
    5.1 退化星斑復(fù)原
        5.1.1 星圖粗級復(fù)原
        5.1.2 基于稀疏先驗的模糊星圖精級復(fù)原
        5.1.3 仿真實驗與復(fù)原效果分析
    5.2 星點高速提取技術(shù)
        5.2.1 算法原理
        5.2.2 單次掃描算法的FPGA硬件實現(xiàn)
        5.2.3 單次掃描算法仿真驗證
    5.3 基于模板相關(guān)的高精度亞像素質(zhì)心定位算法
        5.3.1 模板相關(guān)算法原理
        5.3.2 算法實現(xiàn)
        5.3.3 算法效果分析
    5.4 系統(tǒng)誤差校正
    5.5 高速星圖識別技術(shù)
        5.5.1 算法基本原理與實現(xiàn)
        5.5.2 算法FPGA硬件實現(xiàn)
        5.5.3 算法仿真
    5.6 本章小結(jié)
第6章 精細導(dǎo)星系統(tǒng)硬件設(shè)計
    6.1 硬件系統(tǒng)組成
    6.2 高速數(shù)據(jù)接口及信號完整性
    6.3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)
    6.4 高速數(shù)據(jù)傳輸接口
    6.5 本章小結(jié)
第7章 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析
    7.1 精細導(dǎo)星儀原型單機性能測試
        7.1.1 精細導(dǎo)星儀原型單機幀頻測試
        7.1.2 圖像傳感器噪聲測試
    7.2 靜態(tài)星斑質(zhì)心定位精度測試
        7.2.1 近似真實星光模擬
        7.2.2 噪聲對質(zhì)心定位精度的影響
        7.2.3 系統(tǒng)誤差校正
        7.2.4 靜態(tài)質(zhì)心定位精度測量
    7.3 動態(tài)星斑質(zhì)心定位精度
        7.3.1 動態(tài)精度測量原理
        7.3.2 動態(tài)精度測量實驗及結(jié)果
    7.4 雜光干擾實驗
    7.5 多星點成像實驗
    7.6 本章小結(jié)
第8章 總結(jié)與展望
    8.1 總結(jié)
    8.2 展望
參考文獻
附錄一
附錄二
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[2]星敏感器快速星圖識別算法研究[D]. 趙啟坤.中國航天科技集團公司第一研究院 2016
[3]基于星敏感器的星圖模擬及識別算法研究[D]. 李猛.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[4]大視場內(nèi)多靶板位姿單目視覺跟蹤測量系統(tǒng)的仿真研究[D]. 翁璇.南京航空航天大學(xué) 2014
[5]適用于皮納衛(wèi)星的微型星敏感器設(shè)計與測試[D]. 王萌萌.浙江大學(xué) 2014
[6]高通手機平臺下的圖像去噪處理[D]. 孫洪亮.西安電子科技大學(xué) 2013
[7]輕小型高動態(tài)星敏感器技術(shù)研究[D]. 鄭循江.上海交通大學(xué) 2012
[8]基于相關(guān)原理的信號檢測方法及其應(yīng)用研究[D]. 陸秋平.浙江大學(xué) 2011
[9]光電檢測電路的噪聲分析與處理[D]. 韓勇.哈爾濱工程大學(xué) 2011
[10]基于背景預(yù)測的紅外小目標(biāo)檢測算法研究[D]. 徐茵.西安電子科技大學(xué) 2009



本文編號：3205288