基于CCD星敏感器的星图模拟和导航星提取的方法研究

发布时间：2017-04-17 20:01

  本文关键词：基于CCD星敏感器的星图模拟和导航星提取的方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着小卫星应用技术的日趋成熟,测量精度高的CCD 星敏感器备受青睐,快速而可靠的星图识别算法成为姿态确定系统中最为关键的部分。由于航天实验费用昂贵,星敏感器的地面调试、软件算法的最初模拟,不可能都进行实时星空拍摄,因此为了调试和评价星图识别算法,有必要利用计算机在地面上模拟生成星敏感器实时拍摄到的星空图片。目前,大量的研究集中在星图识别算法上,而对星图模拟和星图提取的研究相对少的多。因此,本文的研究工作主要是星图模拟和星图提取两方面。 首先,介绍了国内外关于星图模拟和星图中星的提取的现状。对模拟星图进行了较为深入的理论分析,包括以下几个部分:由天球坐标向CCD 平面坐标的转换; 星等到灰度的变换; 几种散焦模型的讨论; 星云星团对星图的影响; 成像过程中对星图产生影响的多个因素,如宇宙背景的辐射,CCD 器件本身的转移噪声、输出噪声、暗电流噪声和散粒噪声; 图像经过成像系统产生的几何畸变及运动模糊等。在具体实现过程中,根据“星等每降低一等,亮度增加为前一星等的2.51 倍”这一关系,构造了星等到灰度变换的表达式; 对模拟参数进行了详细设置并给出了仿真结果; 对星云星团进行模拟并给出了仿真结果; 结合实际卫星的参数和设定的星图间隔时间,讨论是否产生运动模糊这一问题,并给出了有运动模糊的仿真结果; 除了单幅星图的模拟外,也通过轨道公式得到序列星图的模拟过程。 另外,在分析星图中的星所成的像和红外小目标图像中的小目标所成的像的共性的基础上,提出了一种将高通滤波和动态阈值相结合的星图中星的提取方法,来完成星图处理过程中较为耗时的星图提取工作。即高通滤波后先采用动态阈值提取图像的候选点,由于虚假目标太多,再通过最低动态阈值对候选点进行二次提取。仿真结果表明:这种方法与矢量法相比,当不给星图加背景噪声时,两种方法提取精度相当。一旦给星图加上噪声,矢量法的提取精度迅速下降,提出的方法的提取精度远远高于矢量法,而提取时间却与矢量法相差无几。因此提出的方法表现出较强的抗噪能力。
【关键词】：星敏感器 星图模拟 星图提取 星云星团 几何畸变 运动模糊 高通滤波 动态阈值
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：V416
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 本文的主要研究内容12-14
• 2 基于CCD 星敏感器的天文导航系统14-25
• 2.1 天文导航概述14
• 2.2 天文导航基本原理14-16
• 2.3 CCD 星敏感器16-19
• 2.4 姿态位置的计算19-22
• 2.5 系统软件流程22-23
• 2.6 系统精度分析23-24
• 2.7 本章小结24-25
• 3 星图模拟的理论分析25-47
• 3.1 由天球坐标向CCD 平面坐标的转换25-29
• 3.2 星等到灰度的变换29
• 3.3 点扩展函数PSF(Point Spread Function)模型29-32
• 3.4 星云星团32-33
• 3.5 宇宙背景噪声33
• 3.6 CCD 器件本身的噪声33-36
• 3.7 图像几何畸变36-39
• 3.8 运动模糊39-42
• 3.9 序列星图的模拟42-46
• 3.10 本章小结46-47
• 4 模拟参数的设置及具体实现47-65
• 4.1 参考星库的制备47
• 4.2 星等亮度的变化47-48
• 4.3 星等到灰度的变换表达式48-49
• 4.4 视场位置的判断49-50
• 4.5 模拟参数的设定50-56
• 4.6 星云星团的模拟56-59
• 4.7 运动模糊的模拟59-64
• 4.8 本章小结64-65
• 5 一种星图中星的提取方法65-71
• 5.1 星图中的星所成的像和红外小目标图像中的小目标所成的像的共性65-67
• 5.2 基于高通滤波和动态阈值的星图提取算法67-68
• 5.3 提取方法性能评价68
• 5.4 仿真结果及分析68-70
• 5.5 本章小结70-71
• 6 总结与展望71-73
• 6.1 本文的研究工作71-72
• 6.2 本文的创新之处72
• 6.3 进一步研究展望72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文目录77

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 段小庆;王宏力;;运动模糊图像复原技术在星图中的应用[J];微计算机信息;2008年33期

2 杨君;张涛;宋靖雁;梁斌;丁强强;;全天球地面动态星模拟器算法研究[J];系统仿真学报;2010年S1期

3 林建|

本文编号：314179