星敏感器快速星图识别算法研究

发布时间：2017-08-26 14:25

  本文关键词：星敏感器快速星图识别算法研究

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【摘要】：星敏感器是一种以恒星为参照物的高精度姿态测量设备,具有自主性好、抗干扰能力强、姿态测量精度高、测量误差不随时间漂移的特点。星敏感器星图识别技术是星敏感器的关键技术之一,直接决定着星敏感器姿态输出速率和姿态输出成功率。本文以星敏感器星图识别为切入点,研究在保证星敏感器姿态输出成功率的情况下,如何通过快速星图识别提高星敏感器姿态更新速率,完成的主要工作包括:1.以历元J2000.0下的史密松天文台星表(SAO)为数据来源,完成了导航星表的创建。首先基于星等阈值对SAO星表中的25万颗导航星进行筛选,对筛选后剩余的五千多颗恒星采用历元转换方法完成了恒星视位置转换。其次,在导航星筛选方面文中提出了一种基于导航星对筛选的方法,保证了各个视场中导航星对的数量准均匀化。最后,利用K向量存储的方法在把导航星对存储在导航星库中,提高了信息检索效率。2.分析了恒星坐标由天球坐标系到像平面坐标系的转换,透视投影变换和非线性成像模型,通过星等到灰度的转换生成模拟星图,编程实现了星图模拟软件,为后续算法的仿真试验创造了必要的软件测试环境。3.针对星敏感器全天球星图识别,对现有的三角形星图识别算法进行改进,提出了一种改进后的三角形星图识别方法。算法以存储导航星对角距代替存储导航星三角形的特征信息,以角距识别代替三角形识别,并通过增加一颗检验星消除观测三角形的冗余匹配。算法在一定程度上解决位置误差、星等误差和伪星干扰等问题,具有较快的识别速度和较高的识别准确率。4.针对有先验信息的局部天区星图识别,提出了一种基于QTM导航星库划分的局部天区星图识别方法。算法利用球面四元三角法对全天球导航星库进行划分和编码,利用上一时刻的视轴方向,角距匹配搜索范围是全天球星图识别算法的1/50,大大缩短了星图识别的时间。5.针对跟踪模式星图识别问题,提出了一种基于星间角距匹配的跟踪模式星图识别方法。算法通过在内存中维护一个小的实时星库,把星图匹配的范围进一步缩小,从而进一步的提高了跟踪模式下的星图识别效率。经过验证,算法的识别速率比局部天区星图识别方法更快,而且算法具备在加大角速度机动条件下的稳定跟踪能力。总体来说,本文按照不同任务阶段的不同需求,分别对星敏感器的全天球星图识别、局部天区星图识别和跟踪模式星图识别进行了研究,并对相关算法进行改进或重新设计,达到了提高星敏感器星图识别速率的目的。
【关键词】：星敏感器 星图识别 导航星库 QTM 星跟踪
【学位授予单位】：中国航天科技集团公司第一研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V448.22;TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 星敏感器国内外发展现状10-16
• 1.1.1 星敏感器的发展历程10-12
• 1.1.2 国外研究现状12-15
• 1.1.3 国内研究现状15-16
• 1.2 星图识别算法发展现状16-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-19
• 2 星敏感器工作原理19-42
• 2.1 坐标转换及星图模拟20-30
• 2.1.1 坐标系定义20-23
• 2.1.2 坐标转换23-26
• 2.1.3 星图模拟26-30
• 2.2 星图预处理30-36
• 2.2.1 阈值分割30-31
• 2.2.2 星点粗提取31-32
• 2.2.3 星点亚像元定位32-34
• 2.2.4 星点定位误差分析34-36
• 2.3 姿态解算36-41
• 2.3.1 Wahba问题36-37
• 2.3.2 QUEST方法37-40
• 2.3.3 QUEST算法步骤40
• 2.3.4 QUEST算法仿真40-41
• 2.4 本章总结41-42
• 3 全天球星图识别42-71
• 3.1 全天球导航星库的制备42-50
• 3.1.1 星表43
• 3.1.2 导航星选取原则43-44
• 3.1.3 双星处理44-45
• 3.1.4 历元转换45-50
• 3.1.5 导航星库生成50
• 3.2 传统的三角形星图识别方法50-54
• 3.2.1 星图识别方法概述50-52
• 3.2.2 传统的三角形星图识别算法52-54
• 3.2.3 三角形星图识别算法的问题54
• 3.3 改进的三角形星图识别方法54-56
• 3.3.1 星对的生成、筛选和存储54-55
• 3.3.2 选取观测三角形和检验星55
• 3.3.3 三角形匹配55-56
• 3.3.4 消除冗余匹配56
• 3.4 仿真试验56-66
• 3.4.1 导航星库制备56-61
• 3.4.2 随机视场星图识别分析61-63
• 3.4.3 识别性能分析63-66
• 3.5 对实拍星图的识别分析66-69
• 3.6 本章总结69-71
• 4 局部天区星图识别71-87
• 4.1 常用的分区方法71-72
• 4.2 QTM分区方法72-83
• 4.2.1 天球剖分方法72-74
• 4.2.2 利用QTM对天球进行编码74-75
• 4.2.3 QTM地址码与赤经赤纬的相互转换75-81
• 4.2.4 基于QTM编码的邻近检索81-83
• 4.3 基于QTM划分的导航星库在星图识别中的应用与分析83-86
• 4.4 本章总结86-87
• 5 跟踪模式星图识别87-94
• 5.1 常用的星跟踪算法87
• 5.2 基于帧间角距匹配的星跟踪识别原理87-88
• 5.3 跟踪模式星图识别88-91
• 5.3.1 实时跟踪星库的组织结构及其建立维护88-90
• 5.3.2 跟踪模式星图识别90-91
• 5.3.3 基于帧间角距匹配的算法步骤91
• 5.4 仿真试验91-93
• 5.5 本章总结93-94
• 6 总结与展望94-96
• 6.1 论文工作总结94
• 6.2 后续工作展望94-96
• 参考文献96-99
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况99-100
• 致谢100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 朱长征;居永忠;杜晓辉;;导航星库制定方法研究[J];宇航学报;2010年05期

2 李德良;阮锦;;一种适用于星敏感器的星点提取方法[J];激光与红外;2009年12期

3 江洁;李霄;张广军;魏新国;;一种星敏感器中快速星跟踪方法[J];宇航学报;2006年05期

4 赵学胜,陈军;QTM地址码与经纬度坐标的快速转换算法[J];测绘学报;2003年03期

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本文编号：741908