深空探测火星目标模拟方法研究与实现

发布时间：2017-08-26 15:47

  本文关键词：深空探测火星目标模拟方法研究与实现

  更多相关文章： 深空探测 姿态敏感器 火星目标 火星背景 验证方法

【摘要】：火星与地球有着极其相似之处,是深空探测的热点。与地球卫星相比,火星距离地球非常遥远,这就对火星探测器的自主导航能力提出较高要求,从而减少人为干预时间的耗费。火星探测器的成本异常昂贵,并花费大量的人力物力,提高火星探测器的精度,降低火星探测器的故障成为必然要求,然而火星探测器的姿态敏感器实时拍摄实际星空并不现实,而且造价昂贵,并且很难做到实时性与动态性,这就对火星目标模拟提出了要求。针对火星探测器的地面模拟测试,本文设计了一套火星目标模拟系统,实现对火星目标的模拟。对深空探测的基本理论进行了简要介绍,进行了方案设计,并根据方案设计进行了硬件的选型,搭建完成了火星目标模拟的硬件平台。对火星目标模拟方法进行了设计,包括火星本体模拟和火星背景模拟,分别进行了详尽的阐述。对火星目标模拟的验证方法进行了阐述并给出了分析。以火星为验证的核心,分别对视轴夹角验证法和基于星对角距的验证方法进行了介绍,两种方法针对角参数为验证依据。对基于探测器姿态解算的验证方法进行了介绍,包括双矢量姿态确定法和多矢量姿态确定法,并相应的给出了分析。本文选用Visual C++软件开发了一套火星目标模拟系统的软件,软件采用模块化的设计思想,包括通讯模块、参数配置模块、火星背景模拟模块、火星目标模拟模块、两路信号分屏设计模块等。通过MATLAB编写了边缘检测软件,并应用于识别相机拍摄的目标,给出了实验对比,并做了合理分析。本文的设计针对于火星目标模拟,其方法有效性的验证,能够使其进行推广,可用于大行星探测器的地面模拟,具有一定的实用价值。
【关键词】：深空探测 姿态敏感器 火星目标 火星背景 验证方法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V416.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题研究的背景及意义8-10
• 1.1.1 研究背景8-9
• 1.1.2 研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-13
• 1.3 本文的主要研究内容及论文结构13-15
• 1.3.1 主要研究内容13
• 1.3.2 论文结构13-15
• 第2章 深空探测基本理论及系统平台搭建15-29
• 2.1 引言15
• 2.2 基本理论15-21
• 2.2.1 深空探测基本概念15-16
• 2.2.2 深空探测常用坐标系16-18
• 2.2.3 探测器姿态描述方式18-21
• 2.3 系统总体设计21-24
• 2.3.1 系统功能21-22
• 2.3.2 技术指标22-23
• 2.3.3 总体框架23-24
• 2.4 硬件平台搭建及主要硬件选型24-28
• 2.4.1 方案设计24
• 2.4.2 主要硬件选型24-27
• 2.4.3 硬件平台搭建27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 深空探测火星目标模拟方法设计29-47
• 3.1 引言29
• 3.2 火星背景模拟29-38
• 3.2.1 SKY2000星表的简化29-31
• 3.2.2 火星探测器视轴确定31-32
• 3.2.3 天球坐标系转换32-34
• 3.2.4 姿态敏感器坐标系转换34-37
• 3.2.5 灰度值转换37-38
• 3.3 火星目标模拟38-46
• 3.3.1 火星探测器视轴确定38
• 3.3.2 火星中心坐标变换38-40
• 3.3.3 火星成像大小模拟40-41
• 3.3.4 火星成像轮廓模拟41-44
• 3.3.5 火星轮廓成像方位模拟44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 火星目标模拟验证方法研究47-61
• 4.1 引言47
• 4.2 基于视轴夹角及星对角距的验证方法及分析47-54
• 4.2.1 视轴夹角法及分析48-50
• 4.2.2 星对角距法及分析50-54
• 4.3 基于探测器姿态解算的验证方法及分析54-60
• 4.3.1 双矢量姿态确定及分析54-56
• 4.3.2 多矢量姿态确定及分析56-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 软件设计实现与实验61-74
• 5.1 引言61
• 5.2 软件设计概要61-68
• 5.2.1 软件开发环境61
• 5.2.2 系统软件框架设计61-64
• 5.2.3 系统软件分模块设计64-68
• 5.3 实验结果及分析68-73
• 5.3.1 边缘检测68-70
• 5.3.2 实验结果及分析70-73
• 5.4 本章小结73-74
• 总结74-75
• 参考文献75-80
• 致谢80

，

本文编号：742221