天基大视场望远镜内方位元素在轨定标技术研究

发布时间：2020-08-22 22:37

【摘要】：太空已成为目前各国激烈竞争的领域,为了应对来自太空的威胁,我们必须对所有在轨目标进行全面监视,天基大视场望远镜作为空间监视的重要载荷有着不可或缺的作用。由于发射时的冲击和震动,以及在轨时恶劣太空环境的影响,天基大视场望远镜在轨后的内方位元素会相对于地面标定时发生了一定的变化,从而影响在轨测量的精度,因此针对天基大视场望远镜内方位元素的在轨标定有着重要的意义。本文将对天基大视场望远镜内方位元素的在轨标定展开探索性研究,主要研究分析了星点的亚像素细分及星图模拟技术,星图预处理及标定星点的筛选过程,以及内方位元素在轨标定算法。本文通过调研国内外文献对天基大视场望远镜工作原理进行了分析,在此基础上,建立了天基大视场望远镜的在轨测量模型和在轨标定模型。对天基大视场望远镜在轨时拍摄星图进行了高精度的模拟,采用了一种基于高斯分布的模拟星点细分方法,并对星点的能量中心进行了亚像素的灰度修正,结合建立的星库完成了星图的模拟。在星点的质心提取方面,本文首先对噪声星图进行了预处理,包括滤波去噪、阈值分割和连通域的划分,在分析了三种质心提取算法并对提取结果的偏差进行了仿真后,选取了提取误差最小的方法。针对天基大视场望远镜视场内数量繁多的星点,通过对比不同条件下星点质心提取的平均偏差,对合适的标定星点进行了筛选,从而可以使标定的结果更加准确。最后,对内方位元素在轨标定算法进行了研究和分析,并进行了仿真实验,计算了标定结果与仿真真值之间的偏差,从而衡量标定结果的准确性,又使用平均星间角距统计偏差对标定结果进行评价。针对随机测量噪声分布不均匀时,错误的选择了标定星点的情况,提出了一种加权剔除的内方位元素在轨标定方法,该方法选取合理的权重对随机测量噪声较大的坏点进行加权处理,将坏点的权重减小甚至消除。对算法的仿真结果表明,使用该方法剔除坏点后,其标定结果相对于扩展卡尔曼滤波算法有明显的提高。在图像中存在焦平面畸变的情况下,建立了畸变模型,并分析了一阶径向畸变下对焦距的影响。建立了畸变补偿模型对星点存在的焦平面畸变进行了补偿。通过仿真分析,在此模型下准确的标定了焦距。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P111
【图文】：

第1章 绪论究的背景与意义前航天科技的发展，太空已成为各国和利益团体竞相争夺的领本是极其空旷深邃的，但是自从人类开始探索以来，近地轨道行器的光顾。经过人类对太空的几十年的探索，地球的轨道上其中不仅有很多在轨工作的卫星，还充斥着诸如废弃的卫星、更小的太空垃圾。这些太空垃圾有可能会相互碰撞而产生新的时刻威胁着我们在轨卫星的正常工作。除此之外卫星还会面临胁，诸如太空陨石撞击、敌国太空打击等。因此为了应对这些环境监视。

图 1.2 在轨目标监视及卫星组网Figure 1.2 Space target monitoring and satellite networking天基大视场望远镜要实现高精度的目标测量，必须准确标定出天基大视场望远镜的内方位元素。一般情况下，天基大视场望远镜在发射前，其内方位元素都是预先在地面实验室准确标定出的。但是在实际的飞行任务中，天基大视场望远镜会受到发射时的冲击和震动，以及在轨时恶劣的太空工作环境和长期工作后的磨损老化。比如随着在辐射环境下工作时间的增加，CCD 暗电流噪声变大，光学透过率下降，光学系统像差增大和结构变形等因素，会使得成像精度下降[1]。因而其内方位元素会相对于地面标定时发生了一些变化，所以必须对天基大视场的内方位元素进行在轨标定，以保证其观测精度和在轨运行的可靠性。1.2 国内外发展现状

图 1.3 MSX&SBVFigure 1.3 MSX&SBV镜的视场为 1.4°×6.6°，焦平面阵列由 4 片 CCD 拼接 1.4°×1.4°，每一个像素都有近乎方形的视场，其分辨验室研制的帧转移可见光 CCID 7，每一片有 420×的运动轨迹，MSX/SBV 的观测结果与地基观测结周观测 7 天，每天工作 8 小时。MSX/SBV 主要进行，具备大面积搜索和监视同步轨道带的能力，其同步所示。

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本文编号：2801239