一种自主星图识别算法

为了改善星敏感器系统的星图识别实时性和可靠性,文章在研究现有的星图识别相关技术基础后,提出了基于特征向量投影法的算法核心,并在这一核心的基础上完成了星图识别算法和导航星图数据库的改进设计。最后编写仿真测试软件对此算法程序进行了性能测试,测试结果表明,文章提出的自主星图识别算法在星图识别实时性和可靠性方面都较以往算法有了提高。     

基于小面模型的星图中星获取算法研究

利用小面模型对原始星图的局部区域作灰度曲面最佳拟合.在拟合曲面上进行灰度极大值像素点的位置估计,初步得到星图中星的中心位置,从而加速星图中星的获取过程.基于所定义的性能评价指标,对模拟星图进行了星图获取的实验验证.研究表明,该算法具有较强的适应性.     

传输型立体测绘相机几何精度仿真分析

航天传输型立体测绘相机几何精度和稳定性决定了立体摄影成像的精度,对其几何精度测试技术需作专门研究。文章介绍了传输型立体测绘相机几何精度测试方法,推导了基于最小二乘原理进行几何精度测试的主点、主距和畸变误差传递公式,对主点、主距和畸变测试精度进行了全面的仿真分析,仿真结果可以为测绘相机设计和测试人员提供参考。     

一种基于LPF+POD的星光导航气动光学效应研究方法

为便于研究CCD安装窗口附近湍流对星光产生的气动光学效应及星光传输过程中的能量衰减规律,提出一种低通滤波(LPF)与本征正交分解(POD)融合的高超声速流场中星光传输特性的分析方法,该方法通过对流场的结构分析,提取其相干结构和非相干结构,将湍流对星光产生的气动光学畸变模拟为低频可建模部分和正态分布部分,由此可定性地研究星光在高超声速流场中的传输机理,并采用两种评价方法验证了POD提取特征的可靠性和真实性。流场结构对星光传输产生光程差的仿真表明,大尺度相干结构造成最主要的气动光学畸变,其光程差有明显的建模特性,而非相干成分造成的光程差具有接近正态分布的统计特性,两者互不相关,且其低频部分贡献主要的星图畸变。对不同马赫数的流场进行仿真得到的气动光学畸变特性与流场结构特性相符,这说明从研究流场关键成分对星图成像的影响来揭示星光的气动光学效应特性是合理和有效的。     

基于小面模型的星图中星获取算法研究

利用小面模型对原始星图的局部区域作灰度曲面最佳拟合。在拟合曲面上进行灰度极大值像素点的位置估计，初步得到星图中星的中心位置，从而加速星图中星的获取过程。基于所定义的性能评价指标，对模拟星图进行了星图获取的实验验证。研究表明，该算法具有较强的适应性。     

基于起伏地形的干涉SAR回波数据仿真

地形起伏造成SAR图像几何畸变,从而对回波数据产生重要影响,基于此提出一种基于起伏地形的干涉SAR回波数据仿真方法。建立了地距几何仿真方案,通过插值对地面目标点进行重采样,有效地实现了SAR图像中几何畸变的仿真。提供了一种新的相关性复后向散射系数模型,考虑了散射系数幅度的随机起伏特性和两通道随机相位的相关性,进而建立时域回波信号模型,通过对方位回波信号插值,一定程度上减小了距离门取整带来的误差,最后给出干涉SAR回波数据的仿真流程。计算机仿真结果表明该算法不仅能有效体现干涉SAR图像中的几何畸变,而且验证了相关性后向散射模型和回波信号模型的正确性。     

星图识别质心提取算法研究

采用对星图中星体的灰度值进行加权的方法，计算星图中星体的质心坐标。分析了星图预处理的方法，在此基础上进行了噪声条件下的仿真研究，并获得了满意的结果。     

一种位并行近似串匹配的星图识别算法

提出了一种基于位并行法近似串匹配的星图识别新方法。 首先为选取的导航星建立相应的模式串,然后利用改进的并行化动态规划矩阵算法（BPM）为观测星图中的星体寻找匹配的导航模式,并验证匹配结果的正确性,完成星图识别。仿真试验结果表明,本方法算法简便、导航星库存储容量小,抗干扰能力强,有很好的鲁棒性。     

一种标定相机内方位元素的迭代算法

为优化自标定技术解算内方位元素数学模型,阐述了一种利用自标定技术进行相机内方位元素标定的迭代算法。内方位元素结果优化采用牛顿—拉夫逊迭代算法,在保证计算效率的同时能够获得较高的精度。B双空间几何理论建立于正方形在物、像两空间的射影几何关系,利用二维棋盘格标定图像中点、线、面间固有的几何关系得到迭代算法初值;采用包含3个径向和2个切向畸变系数的畸变模型能够更好地表达镜头畸变情况;标定方法操作过程简单、实验误差小。为与张氏标定法进行比较,对使用张氏标定法的图像数据进行实验,得到与其相同标定精度的实验结果,验证了基于B双空间几何法的自标定方法的正确性和可行性。     

构造折射星场方法用于星光折射导航仿真的研究

针对星光折射导航算法研究时星图模拟与匹配复杂的问题,提出一种构造折射星场的方法用于导航算法研究和评估。通过对星光折射几何关系的研究,得到一颗满足几何关系的折射星,再将它绕地心矢量方向旋转得到其他满足条件的折射星,构造折射高度均为25km的折射星场,解决了仿真研究时对星图的需求问题。建立带摄动的航天器运动方程,利用扩展卡尔曼滤波算法和构造出的星场进行导航仿真。仿真结果表明,观测到的折射星之间的角距接近于或小于星敏感器的精度时,无法进行星光折射导航;当观测到3颗星的持续时间大于等于0.8s时,该导航系统的三轴位置误差均小于139m,证实了构造折射星场方法的有效性。     

基于CMOS APS的星敏感器光学系统参数确定

基于CMOS APS图象传感器的星敏感器是适应航天技术的发展而产生的新一代姿态敏感器。确定光斑形状和大小、光学系统有效通光孔径、视场和焦距等参数是进行星敏感器光学设计的前提。本文基于选定的CMOS APS图象传感器分别对这些参数进行了分析和计算。确定光斑形状和大小的依据是，减小由于探测器像元对光斑能量分布的采样导致点扩散函数变形，从而引起的利用亚像元技术求星像中心的计算误差。光学系统的有效通光孔径与星敏感器所能探测到的极限星等有关，通过从目标辐射特性直到探测器响应的能量计算可以确定孔径的大小。确定视场和焦距首先要满足星敏感器实现全天自主星图识别所需的导航星捕获概率，其次要考虑与之相关的误差。     

星敏感器光学系统参数的确定

光学系统是星敏感器的重要组成部分。选择合理的参数不但能确保星敏感器达到预期的性能，而且有助于降低产品的研制成本。本文介绍一种确定光学系统参数的新方法，包括通过参考比较已有星敏感器及其光学系统特性来选取新光学系统焦距、相对孔径和视场；根据所选取的参数预计星敏感器的捕获概率；采用综合恒星光谱方法确定光学系统中心波长和光谱范围。     

星敏感器光学系统的热/结构/光分析

星敏感器是高精度的航天器姿态测量器件,其性能受太空温度环境的影响。运用有限元法和光线追迹法,建立星敏感器光学系统的热/结构/光分析模型,研究光学系统温度分布与星敏感器测量误差的关系,得到了算例光学系统在温度均匀分布条件下的温度变化以及轴向温度梯度变化、侧向温度梯度变化与星敏感器测量误差的关系曲线;给出了算例光学系统热误差小于角秒量级的温度条件:均匀温度分布条件下温度变化量≤10℃、轴向温度梯度≤0.1310℃/mm、侧向温度梯度≤0.0325℃/mm,为高精度星敏感器光学系统热控制提供科学的依据。     

天基光学传感器动态成像配准方法研究

图像配准是天基光学动态成像处理中的关键技术,在遥感侦察等领域有着重要应用。对星空背景和地球大气背景下天基目标探测中的图像配准问题进行研究。针对星图配准建立了部分平均Hausdorff距离(PMHD),并定义了一种新的相似性匹配测度,利用序贯岭回归估计方法实现快速配准;针对地球大气背景图像配准,通过改进的Harris角点检测亚像素定位提取特征点集,基于PMHD利用粒子群优化(PSO)算法实现图像的精确配准。仿真实验表明:提出的星图配准方法具有实时性和亚象元配准精度,联合PMHD和PSO的大气图像配准具有良好的配准精度和较强的抗噪干扰能力。     

动态因素对星敏感器测星影响的分析

在捷联惯导系统中,星敏感器直接固定在弹体上,在动态环境下工作.本文根据光学成像原理、快门速度和图像传感器上星点移动速度等,建立了动态条件下星敏感器所获星点光斑的数学模型.通过计算机仿真得出了曝光时间与动态星点像元能量最大值的关系、不同曝光时间下的动态星点定位精度.仿真结果表明,动态星点像元能量最大值不能随着曝光时间的延长始终增大,动态星点形变对星点定位精度的影响可以忽略.     

高超声速条件下星光传输模拟方法与仿真

以高超声速飞行器为研究对象,建立了高速流场下的星光传输模拟仿真方法,定性、定量地研究平台气动光学效应对星光导航的影响。采用基于k-ω/SST两方程湍流模型的雷诺平均法计算星敏感器安装在飞行器不同位置处（头部、中部和尾部）的外流场密度分布,进而得到流场的空间折射率分布。在此基础上,利用几何光学法计算星光由高速层流流场引起的光程差、点扩散函数、像偏移等光学传输效应,得出经过层流流场的星光降晰图。同时运用统计光学理论计算高速湍流流场引起的星光出瞳面的波像差、密度均方差、相位均方差、Strehl比等光学传输效应,得出经过湍流流场的星光降晰图。仿真结果与理论分析吻合,从而为研究星光在高超声速流场中传输的机理提供了可靠的技术手段。     

一种采用双视场星敏感器的飞行器姿态角快速、高精度测量方法

针对姿态经常机动的飞行器之间建立激光通信问题,研究了一种针对这种飞行器的姿态角高精度、快速测量新方法.这种姿态角测量方法采用一种由宽、窄两种视场组成的双视场星敏感器,并以0轨道飞行器应用为例进行了姿态角测量仿真:其中的宽视场用于识别北极星,窄视场用于跟踪北极星;通过对北极星方向矢量测量值与其理论值进行比较精确求出了偏航、俯仰和滚动三个姿态角.分析表明,姿态角的角分辨率小于1″;测量过程不需要耗时的星图数据库搜索,一帧图像就可以完成一次快速测量.     

浅谈温度变化对光学镜面的影响

环境温度变化将导致光学镜内的温度分布发生变化,文章分析了光学镜内不同的温度分布对其面形造成的危害,以及对光学系统成像质量的影响,对空间光学系统光学镜温度场设计具有一定参考价值.     

A survey of algorithms for star identification with low-cost star trackers

This paper aims to present a set of lost-in-space star identification algorithms that works effectively for small satellites. Several algorithms are investigated for both phases of star identification: feature extraction and catalogue search. For feature extraction, it is shown that an algorithm using extended images with combined images works best, and for catalogue search, the Group Catalogue is shown to be most efficient. Therefore, this paper proposes an algorithm combining these three. Simulation results show the effectiveness of this algorithm for its robustness to various errors, and an application of this algorithm, “unequal” star trackers, is introduced.