高精度高动态星模拟器星图显示及测试方法研究
发布时间：2021-07-30 18:43
星敏感器是一类以天球恒星为参照源计算其载体姿态的高精度测量装置,鉴于星敏感器空中标定实施困难且价格非常昂贵,因此在实验室进行星敏感器测试与标定显得至关重要。而动态星模拟器星图模拟水平直接决定了其是否能在地面有效测试与标定星敏感器的性能和指标。星敏感器飞行任务要求其具有高精度、大角速度及大加速度特点,故要求动态星模拟器星图显示具有高精度及高刷新率。但动态星模拟器星点位置模拟精度受到现有星图显示器件影响,使星敏感器的地面标定精度无法达到理想值。而星图高刷新率受到星表检索算法影响,导致目前数字星图刷新率难以满足高角速度星敏感器的测试标定需求。针对星图星点位置模拟精度受现有显示器件有限分辨率影响问题,本文采用了亚像素显示技术,即基于二维高斯分布的像素阵列以其能量中心位置显示星点代替现有的单个像素星点显示,提高了动态星模拟器的实际星点位置模拟精度。通过分析一定背景噪声下星点高斯半径与质心定位误差之间的关系,得出了星点像素阵列高斯半径的最优取值。通过验证分析,采用亚像素显示技术在一定背景噪声下星点显示精度优于0.1pixel,确保符合模拟星图的单星位置误差优于10″的指标要求。针对动态星模拟器星图...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
星图显示及其测试系统实物图
7询、检索、坐标变换、星点位置修正等功能。并且基于CMOS相机检测到的星点位置和亮度信息，完成对星点的质心定位和位置信息提取，利用星点的像素坐标计算出星间距离与星对角距。2）星图显示系统星图显示系统由准直光学系统、液晶光阀（TFT-LCD）、驱动电路、星图显示电路及接口电路、光源、滤光片、准直镜筒及机壳等组成，如图2.2所示。图2.2星图显示系统图（1）为模拟天球中恒星真实的状态，以星像点平行光束出射的方式表示恒星无穷远的距离。而准直光学系统就是将液晶光阀（TFT-LCD）上所呈现的星图星像点出射光束进行准直。（2）液晶光阀（TFT-LCD）作为星模拟器核心星图显示器件，主要任务是将所模拟的星图以二维数字图像形式显示。（3）驱动电路主要用来对计算机通信电路发出的信号进行放大，从而使其能够驱动液晶光阀（TFT-LCD），保障液晶光阀显示屏正常工作。（4）星图显示电路及接口电路主要任务是保障液晶光阀（TFT-LCD）能够正常工作及与星模拟器控制计算机正常的数据通信，星模拟器控制计算机通过把星点数据传递到液晶显示器上，实现星图的二维显示及刷新功能。（5）液晶光阀本身不会发光，故以光源（即背光板）来辅助液晶光阀显示，
113.1.2坐标系1）天球坐标系在天文学中，引进了天球的概念以便于研究天体的位置和运动。所谓的天球是指以地球质心为中心且半径为任意长的一个假想的球体。根据天球概念，天体便可沿观测者视线投射到球面上，即可将所有的恒星都划分在天球的球面上，这样便形成了相应坐标系。在天球坐标系中，如图3.1所示，鉴于天球半径大小趋于无穷，通过天球中心与地球自转轴平行的直线为天轴，天轴是一条假想直线。天轴与天球在地球北极上方相交的一点被叫作北天极，即北半球星空旋转的虚拟中心点，天轴向南延伸和天球相交的点被叫作南天极。过天球的球心并且与天轴垂直的平面称之为天球赤道面，地球绕太阳公转的轨道平面称之为天球黄道面。天球赤道面与天球黄道面在南天极方向相交的点称之为春分点。天文学中常以赤经赤纬作为天体的位置坐标数据，赤经即以春分点为起点，自西向东逆时针方向将天球一周划分为360°，赤经一般记作α。而赤纬划分则以天球赤道面为起点，以南北两天极为终点进行划分，由南向北将天球划分0°~90°，由北向南将天球划分0°~-90°，赤纬通常记作β。赤纬与地球上的纬度相似，可看作纬度在天球上的投影，故北天极为+90°，南天极为-90°。故可以用赤经赤纬表示天球上恒星的空间位置，即赤经赤纬可表示恒星在天球坐标系中的投影。因为恒星运动所造成的星对角距变化极小，恒定以南北方向作为天轴指向，所以恒星在天球中的位置坐标可看作固定不变[22]。图3.1天球坐标系
【参考文献】：
期刊论文
[1]大相对孔径宽光谱星敏感器光学镜头设计[J]. 孟祥月,王洋,张磊,付跃刚,顾志远. 红外与激光工程. 2019(07)
[2]基于行数据扫描的星空多目标星点提取方法[J]. 李寅龙,何海燕,张凤,李婧. 航天返回与遥感. 2019(02)
[3]基于星点像重采样的星敏感器高精度质心算法[J]. 曹阳,李保权,李海涛,桑鹏. 光学学报. 2019(07)
[4]一种星敏感器主点和焦距的加权在轨标定方法[J]. 聂沛文,刘恩海,王万平,田宏. 应用光学. 2018(06)
[5]基于卷积曲面的动态实时星图模拟[J]. 闫劲云,刘慧,赵伟强,江洁. 北京航空航天大学学报. 2019(04)
[6]高精度动态星模拟器的光学系统设计[J]. 赵梓朝,陈启梦,唐子博,王哲. 计量学报. 2018(05)
[7]经纬度相关的似均匀星表划分方法[J]. 黄为,李永刚,张煜昕,胡健,张龙. 兵工自动化. 2018(05)
[8]数字星图生成算法的设计与仿真[J]. 凌翔,郑宏亮,何元驹. 实验室研究与探索. 2018(02)
[9]空间光学敏感器技术进展与应用[J]. 郝云彩. 空间控制技术与应用. 2017(04)
[10]星光导航技术现状与发展综述[J]. 卢欣,李春艳,李晓,孙大开,夏梦绮. 空间控制技术与应用. 2017(04)
博士论文
[1]高动态星敏感器关键技术研究[D]. 王军.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2019
[2]微像素质心定位技术研究[D]. 曹阳.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2019
[3]高精度多自由度航天器模拟器关键技术及实验研究[D]. 徐喆垚.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于LCOS拼接高精度动态星模拟器的关键技术研究[D]. 孟遥.长春理工大学 2016
[5]小型动态星模拟器技术研究[D]. 胡宜宁.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
硕士论文
[1]基于星敏感器的星图识别算法的研究[D]. 李江操.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2018
[2]星敏感器星图仿真及星点提取算法评估研究[D]. 谢玉莹.哈尔滨工业大学 2017
[3]嵌入式星模拟器系统设计[D]. 张强.哈尔滨工业大学 2017
[4]动态星模拟器星图模拟软件优化算法研究[D]. 胡冰.长春理工大学 2017
[5]快速星图识别算法设计与实现[D]. 范经伟.南京理工大学 2017
[6]低轨微小卫星的对地姿态控制方法研究[D]. 熊奎允.沈阳理工大学 2017
[7]星敏感器光学系统设计及杂散光抑制技术的研究[D]. 张欢.西安工业大学 2015
[8]星敏感器光学系统设计与检测研究[D]. 王凡.北京理工大学 2015
[9]基于虚拟仪器的动态星图显示技术研究[D]. 卢佳.长春理工大学 2012
[10]动态星模拟器星图仿真技术研究[D]. 马士宝.长春理工大学 2009
本文编号：3311924
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
星图显示及其测试系统实物图
7询、检索、坐标变换、星点位置修正等功能。并且基于CMOS相机检测到的星点位置和亮度信息，完成对星点的质心定位和位置信息提取，利用星点的像素坐标计算出星间距离与星对角距。2）星图显示系统星图显示系统由准直光学系统、液晶光阀（TFT-LCD）、驱动电路、星图显示电路及接口电路、光源、滤光片、准直镜筒及机壳等组成，如图2.2所示。图2.2星图显示系统图（1）为模拟天球中恒星真实的状态，以星像点平行光束出射的方式表示恒星无穷远的距离。而准直光学系统就是将液晶光阀（TFT-LCD）上所呈现的星图星像点出射光束进行准直。（2）液晶光阀（TFT-LCD）作为星模拟器核心星图显示器件，主要任务是将所模拟的星图以二维数字图像形式显示。（3）驱动电路主要用来对计算机通信电路发出的信号进行放大，从而使其能够驱动液晶光阀（TFT-LCD），保障液晶光阀显示屏正常工作。（4）星图显示电路及接口电路主要任务是保障液晶光阀（TFT-LCD）能够正常工作及与星模拟器控制计算机正常的数据通信，星模拟器控制计算机通过把星点数据传递到液晶显示器上，实现星图的二维显示及刷新功能。（5）液晶光阀本身不会发光，故以光源（即背光板）来辅助液晶光阀显示，
113.1.2坐标系1）天球坐标系在天文学中，引进了天球的概念以便于研究天体的位置和运动。所谓的天球是指以地球质心为中心且半径为任意长的一个假想的球体。根据天球概念，天体便可沿观测者视线投射到球面上，即可将所有的恒星都划分在天球的球面上，这样便形成了相应坐标系。在天球坐标系中，如图3.1所示，鉴于天球半径大小趋于无穷，通过天球中心与地球自转轴平行的直线为天轴，天轴是一条假想直线。天轴与天球在地球北极上方相交的一点被叫作北天极，即北半球星空旋转的虚拟中心点，天轴向南延伸和天球相交的点被叫作南天极。过天球的球心并且与天轴垂直的平面称之为天球赤道面，地球绕太阳公转的轨道平面称之为天球黄道面。天球赤道面与天球黄道面在南天极方向相交的点称之为春分点。天文学中常以赤经赤纬作为天体的位置坐标数据，赤经即以春分点为起点，自西向东逆时针方向将天球一周划分为360°，赤经一般记作α。而赤纬划分则以天球赤道面为起点，以南北两天极为终点进行划分，由南向北将天球划分0°~90°，由北向南将天球划分0°~-90°，赤纬通常记作β。赤纬与地球上的纬度相似，可看作纬度在天球上的投影，故北天极为+90°，南天极为-90°。故可以用赤经赤纬表示天球上恒星的空间位置，即赤经赤纬可表示恒星在天球坐标系中的投影。因为恒星运动所造成的星对角距变化极小，恒定以南北方向作为天轴指向，所以恒星在天球中的位置坐标可看作固定不变[22]。图3.1天球坐标系
【参考文献】：
期刊论文
[1]大相对孔径宽光谱星敏感器光学镜头设计[J]. 孟祥月,王洋,张磊,付跃刚,顾志远. 红外与激光工程. 2019(07)
[2]基于行数据扫描的星空多目标星点提取方法[J]. 李寅龙,何海燕,张凤,李婧. 航天返回与遥感. 2019(02)
[3]基于星点像重采样的星敏感器高精度质心算法[J]. 曹阳,李保权,李海涛,桑鹏. 光学学报. 2019(07)
[4]一种星敏感器主点和焦距的加权在轨标定方法[J]. 聂沛文,刘恩海,王万平,田宏. 应用光学. 2018(06)
[5]基于卷积曲面的动态实时星图模拟[J]. 闫劲云,刘慧,赵伟强,江洁. 北京航空航天大学学报. 2019(04)
[6]高精度动态星模拟器的光学系统设计[J]. 赵梓朝,陈启梦,唐子博,王哲. 计量学报. 2018(05)
[7]经纬度相关的似均匀星表划分方法[J]. 黄为,李永刚,张煜昕,胡健,张龙. 兵工自动化. 2018(05)
[8]数字星图生成算法的设计与仿真[J]. 凌翔,郑宏亮,何元驹. 实验室研究与探索. 2018(02)
[9]空间光学敏感器技术进展与应用[J]. 郝云彩. 空间控制技术与应用. 2017(04)
[10]星光导航技术现状与发展综述[J]. 卢欣,李春艳,李晓,孙大开,夏梦绮. 空间控制技术与应用. 2017(04)
博士论文
[1]高动态星敏感器关键技术研究[D]. 王军.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2019
[2]微像素质心定位技术研究[D]. 曹阳.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2019
[3]高精度多自由度航天器模拟器关键技术及实验研究[D]. 徐喆垚.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于LCOS拼接高精度动态星模拟器的关键技术研究[D]. 孟遥.长春理工大学 2016
[5]小型动态星模拟器技术研究[D]. 胡宜宁.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
硕士论文
[1]基于星敏感器的星图识别算法的研究[D]. 李江操.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2018
[2]星敏感器星图仿真及星点提取算法评估研究[D]. 谢玉莹.哈尔滨工业大学 2017
[3]嵌入式星模拟器系统设计[D]. 张强.哈尔滨工业大学 2017
[4]动态星模拟器星图模拟软件优化算法研究[D]. 胡冰.长春理工大学 2017
[5]快速星图识别算法设计与实现[D]. 范经伟.南京理工大学 2017
[6]低轨微小卫星的对地姿态控制方法研究[D]. 熊奎允.沈阳理工大学 2017
[7]星敏感器光学系统设计及杂散光抑制技术的研究[D]. 张欢.西安工业大学 2015
[8]星敏感器光学系统设计与检测研究[D]. 王凡.北京理工大学 2015
[9]基于虚拟仪器的动态星图显示技术研究[D]. 卢佳.长春理工大学 2012
[10]动态星模拟器星图仿真技术研究[D]. 马士宝.长春理工大学 2009
本文编号：3311924
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