地基望远镜目标跟踪与激光光尖自动导星系统的研究与实现

发布时间：2023-05-21 21:44

　　本文基于中科院南京天文仪器有限公司地基激光发射望远镜项目,以地平式跟踪机架、直流电机直接驱动的光学望远镜为应用背景,对指向控制、卫星跟踪和激光光尖自动导星方法进行研究,设计算法并编程实现。本文主要包括两方面工作:一是望远镜控制软件系统开发,二是激光图像处理。望远镜控制软件系统主要负责指向控制和卫星跟踪,包括理论位置获取、跟踪算法实现、指向误差修正、人机交互与网络通信等功能,激光图像处理主要用于光尖检测与标定,包括CCD校正、滤波降噪、边缘检测、激光光尖与星像识别、坐标计算等功能。在学习、继承了天仪公司原有望远镜软件控制技术的基础上,完成了该望远镜控制系统的算法设计和软件开发,重点研究了以下内容:在指向控制方面,选用机架模型进行指向误差修正,首先测定码盘零点偏差,再获取多组全天区的指向误差数据,包括方位轴、高度轴、方位误差、高度误差,通过Matlab最小二乘拟合,得到机架模型的系数,并在控制程序中实时纠偏。在显著性水平α=0.05下进行残差分析,剔除偏离过大的点以提高拟合精度。通过计算均方根误差,相关系数,F检验的p值验证了模型有效性。经测试,模型修正后的指向精度优于5"。在卫星跟踪方面...

【文章页数】：121 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 课题相关技术研究进展
        1.2.1 望远镜计算机控制系统研究现状
        1.2.2 天文图像处理研究现状
    1.3 论文主要研究内容及论文结构
第2章 望远镜结构与电控部件选型
    2.1 控制系统性能指标要求及系统组成
    2.2 望远镜机架形式
    2.3 驱动方式
    2.4 位置环反馈装置
    2.5 电机选型
    2.6 限位保护
    2.7 反馈回路设计
    2.8 本章小结
第3章 望远镜软件系统设计
    3.1 控制系统设计及软件开发环境
    3.2 软件基本功能的实现
        3.2.1 参数文件的读写
        3.2.2 手动校正功能
        3.2.3 网络通信程序设计
    3.3 本章小结
第4章 望远镜指向与跟踪算法的设计与实现
    4.1 望远镜控制算法设计
        4.1.1 PID调节与电机控制
        4.1.2 模拟PID控制器与数字PID控制器
        4.1.3 积分分离式PID算法
        4.1.4 增量式PID算法
        4.1.5 增加输入前馈补偿的复合控制及控制系统仿真
        4.1.6 控制器参数的整定
    4.2 恒星理论位置的获取与计算
        4.2.1 恒星坐标的获取
        4.2.2 恒星理论位置的计算流程
    4.3 恒星的指向与跟踪算法设计
    4.4 指向误差修正
        4.4.1 指向误差影响因素分析
        4.4.2 常用指向误差模型
        4.4.3 误差数据获取与指向模型系数求解
        4.4.4 误差数据分析及模型符合度验证
        4.4.5 指向误差修正效果
    4.5 蒙气差修正
    4.6 卫星理论位置的获取与计算
        4.6.1 卫星预报文件的解析
        4.6.2 插值算法比较分析
        4.6.3 插值多项式系数的求解
    4.7 卫星跟踪算法设计
    4.8 卫星轨道跟踪试验
    4.9 本章小结
第5章 激光光尖导星与图像处理算法设计
    5.1 非标准光尖图像的产生
    5.2 光尖识别算法设计
    5.3 空域法图像预处理
        5.3.1 滤波降噪
        5.3.2 图像增强
    5.4 频率域图像处理
    5.5 前景提取与边缘检测
    5.6 激光光尖标定
    5.7 像素分辨率的测定
    5.8 CCD校正与图像叠加
        5.8.1 CCD暗场与平场校正
        5.8.2 图像叠加提高信噪比
    5.9 同步卫星星像识别与计算
        5.9.1 同步卫星星像识别
        5.9.2 质心坐标与星等计算
    5.10 激光光尖检测与标定试验
    5.11 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 本文的创新点与工作量
    6.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果



本文编号：3821479