小视场星敏感器噪声处理技术研究

发布时间：2020-03-30 15:25

【摘要】：在如今的组合导航方法中,惯性/天文组合导航由于具有高精度、高自主性、高可靠性等特点,已经成为了主要的组合导航方法之一。天文导航通过识别获取到的星图,进一步做解算后得到姿态信息。因此天文导航的精度与星敏感器拍摄的星图质量和星图识别算法的精度有直接关系。噪声是决定精度的主要因素,因此,研究星图噪声处理方法对提高天文导航的精度具有重要意义和应用价值。现今小卫星技术逐渐发展,同时要求天文导航的星敏感器体积也要减小,因此小视场星敏感器技术也变得更加重要。而小视场星敏感器视场角小,捕获的星点少,因此星图识别时获取到的星点数目通常不足以解算出载体姿态,所以需要视场扩充来获取足够的星点用于姿态解算。而视场扩充需要陀螺仪等仪器的辅助,在这个过程中会引入陀螺仪噪声,使得到的星图存在误差,所以需要相应的噪声处理方法。本论文依托国家自然科学基金(61573113)和哈尔滨市创新人才研究专项基金(2014RFXXJ074),以星敏感器为研究背景开展噪声处理技术的研究。首先,分析星图中噪声的特性。星图中的噪声主要来源于星敏感器本身的设计缺陷,因此需要分析星敏感器基本组成单元的噪声特性。本文根据CCD作为敏感元件的星敏感器噪声的数学模型模拟出带噪星图,并分析星图中噪声的特性;其次,分析并处理小视场星敏感器星图中的噪声。星图与人物、景物等图像的高低频成分、灰度分布等都不同,包含的噪声成分也不同,因此需要具体分析星图中噪声的特征,并根据该特征选取相应的处理方法。本文通过仿真分析不同噪声处理方法在处理星图的适用性,初步总结出星图中噪声的基本特点;根据现有的星敏感器数学模型和参数,经过仿真得到星敏感器的视场大小对星图的影响,进一步得出小视场星敏感器星图中噪声的特点。针对该噪声提出一种高斯滤波与数学形态学滤波组合的噪声处理方法,并仿真验证该方法的有效性;最后,对星图识别的视场扩充算法中包含的噪声做分析和处理。由于小视场星敏感器视场角小,拍摄到的星图中星点数目通常不足以解算出飞行器姿态,因此需要扩充视场,从而捕获更多星点。视场扩充栅格算法能够有效改善以上问题,但由于视场扩充需要陀螺仪的辅助,因此在扩充的过程中会引入陀螺仪噪声,影响视场中星点的相对位置关系,进一步影响由星点位置解算出的载体姿态。针对以上问题提出一种通过视场比对去除噪声的方法,并仿真验证其有效性。仿真结果表明,本文提出的噪声处理方法,能够有效去除小视场星敏感器拍摄到的星图中的噪声成份,减小陀螺仪噪声引起的星图识别解算出的姿态误差。
【图文】：

星敏感器,数学模型,噪声

无噪星图和带噪星图

二值图像,二值图像,示例

就是图像处理的过程：物体反射的光线进入中的特征(大小、形状、颜色等)，和脑中已此，图像噪声处理具有重要意义。本概念数学表示，是由离散点构成的阵列，，一般体的处理过程中，是将图像传感器获取到的模含颜色的多少分为二值图像、灰度图像、索软件支持的类型。做黑白图像。二值图像示例如图 3.1 所示像在量化的时候，用“0”代表黑色，“1”制数表示，因此这种图像节省存储空间，但述。这种图像通常用于文字、线条的简单
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;V448.2

【参考文献】