基于图像导航与配准的载荷模拟器的设计与实现

发布时间：2017-08-02 13:04

  本文关键词：基于图像导航与配准的载荷模拟器的设计与实现

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【摘要】：气象卫星的发展深刻地改变着人们的生活和生产方式,除了应用于日常的天气预报外,在自然灾害如洪灾、旱灾、冰灾等灾害的监控和预警上也发挥着重要作用。本课题来源于风云四号气象卫星大气垂直探测仪,致力于根据地球静止轨道三轴稳定气象卫星上有效载荷的结构和特点,研制一套有效载荷模拟器件及其辅助设备,用于风云四号气象卫星图像导航与配准全物理仿真实验。并对有效载荷的性能检测方法展开了研究。三轴稳定卫星平台的抗干扰能力不如自旋式卫星[1],卫星姿态会由于各种空间环境的干扰而变化,从而使得成像通道的光轴指向产生偏移。为获取高质量的遥感图像,研究图像导航与配准技术具有重要意义。课题根据遥感卫星有效载荷的结构和特点,设计并研制了一套集光、机、电一体化的载荷模拟器,为研究图像的导航与配准提供物理环境。本课题主要围绕以下几个方面展开研究。(1)在充分研究了卫星有效载荷的结构和特点的基础上,结合系统的功能需求给出了系统的设计框图;建立了系统观星的信噪比模型;根据系统的指标要求提出了系统各部分的设计方案;设计了适合本系统的机械结构,为光学和电控提供了稳定可靠的载体。(2)通过研究星模拟器的发展动态,设计了适合本系统的星敏感模式硬件环境;通过可兼容的接口设计,使得系统可以在两种工作模式下切换,充分地利用了资源,节约了成本。(3)设计了基于CMOS图像传感器的图像采集系统,建立了信息获取电路的噪声模型,并通过实验完成了对图像采集系统噪声的检测。(4)完成了系统室外观星成像实验,考察了系统观星能力,结合系统特点,对扫描机构的性能进行了检测;给出了扫描机构的伺服误差曲线。(5)研究了系统光学传递函数测量的原理和方法,详细研究了倾斜刀口法的测量原理,通过实验获取刀口图像,并通过图像处理的方法,计算得到了调制传递函数。
【关键词】：载荷模拟器 CMOS探测器 扫描机构 性能检测
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V416.8
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 引言11-17
• 1.1 研究的背景与意义11-12
• 1.2 气象卫星的发展趋势12-13
• 1.3 图像导航与配准技术概述13-14
• 1.4 工程仿真技术在航天科技上的应用14-15
• 1.5 课题研究的内容与章节安排15-17
• 第二章 载荷模拟器功能需求分析17-22
• 2.1 气象卫星有效载荷的一般结构17-18
• 2.2 系统功能需求分析18-20
• 2.3 系统设计指标要求20-21
• 2.3.1 光学系统与成像系统要求20
• 2.3.2 扫描控制系统20
• 2.3.3 星模拟器设计要求20-21
• 2.3.4 机械结构设计要求21
• 2.3.5 GPS授时系统21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 系统设计方案22-53
• 3.1 系统主要组成及状态22-23
• 3.2 光学系统设计23-28
• 3.2.1 系统观星成像模型23-26
• 3.2.2 光学系统设计26-28
• 3.3 扫描机构设计方案28-33
• 3.3.1 扫描视场29-30
• 3.3.2 位置传感器的选择30-31
• 3.3.3 伺服控制器31-33
• 3.4 图像采集系统方案设计33-47
• 3.4.1 商用图像采集系统的选用33-34
• 3.4.2 基于CMOS探测器的采集系统设计34-47
• 3.5 恒星模拟器模式设计方案47-49
• 3.5.1 星模拟器器件的选择47-48
• 3.5.2 等角距星图投影48-49
• 3.6 系统结构设计49-52
• 3.6.1 箱体设计49
• 3.6.2 底板组件设计49-51
• 3.6.3 整体力学分析51-52
• 3.7 本章小结52-53
• 第四章 实验与结果分析53-68
• 4.1 室外天文成像实验53-56
• 4.1.1 静态实验53-55
• 4.1.2 星点目标动态实验55-56
• 4.2 星模拟器模式成像性能测试56-58
• 4.2.1 星模拟器成像线性度56-57
• 4.2.2 星模拟器模式视场57-58
• 4.3 扫描机构性能测试58-61
• 4.3.1 扫描机构伺服误差曲线58-59
• 4.3.2 扫描机构系统误差测试59-61
• 4.4 CMOS图像采集系统噪声测量实验61-62
• 4.5 倾斜刀口法测量调制传递函数62-67
• 4.5.1 调制传递函数62-63
• 4.5.2 倾斜刀口法的原理63-64
• 4.5.3 刀口图像的获取64-65
• 4.5.4 MTF的计算65-67
• 4.6 本章小结67-68
• 第五章 总结与展望68-70
• 5.1 研究工作总结68
• 5.2 进一步研究展望68-70
• 参考文献70-73
• 作者简介及在校期间发表的学术论文与研究成果73

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6 贾Z，

本文编号：609397