一种结合角距特征的改进栅格星图识别算法

针对栅格算法易受邻域星点影响导致误匹配的问题,提出了一种结合角距特征的改进栅格星图识别算法。首先介绍了改进栅格算法的原理,其次设计了融合栅格识别模式和星角距识别模式的算法实现流程,最后开展了基于不同视角下的大视场仿真星图的算法试验验证和性能分析。结果表明,由于角距特征具有旋转不变性和不易受观测星邻域星点分布影响等特点,结合角距特征对失效观测星进行再匹配的改进栅格算法,在兼顾存储量需求小、运行速度快等优势的同时,识别率和鲁棒性也得到了提升,最高识别率可达98.88%,在位置噪声干扰以及缺失星干扰下,改进算法的识别率仍可保持在95%,说明算法鲁棒性强,具有较好的应用前景。     

P向量实现快速星图识别的方法

 提出了一种快速的星图识别方法。该方法识别时提取出描述观测三角形的一维特征量P，根据该值快速检索到对应的导航三角形，减少了计算过程。由于获得星点位置的时候存在误差，所以将一定误差范围内的三角形均作为待选三角形考虑。上述识别后引入了验证识别环节，保证识别的准确性。随机实验统计表明，同等星点位置噪声方差下，该方法和栅格算法相比识别率提高约1%，识别时间约为后者的1/5。     

星点坐标辅助的全天区三角形星图识别算法

随着当前星敏感器视场（FOV）的增大,探测能力的提高,一帧图中拍摄到的恒星更多。但是受星敏感器光谱范围的限制及空间环境干扰影响,星等测试精度一般不高于0.2 mV。为了充分发挥当前星敏感器视场和探测能力的优势,并避免星等误差的影响,提高全天区星图识别算法在线应用的适用性,提出了一种星点坐标辅助的全天区三角形星图识别算法。该方法采用"全局初步搜索识别—局部精细匹配验证—最优结果选取"的算法思想。首先,根据星敏感器探测到的极限星等范围构建导航星表,选取亮星构建角距星表,既确保了星表的完备性,又有利于充分利用星敏感器的探测能力。然后,在三角形约束条件下进行角距匹配识别,得到一个或多个导航三角形,在该识别环节提出了非线性矢量法查找星表,既提高了定位精度,又能采用单精度数据类型降低存储空间。最后,提出局部天区星点坐标匹配算法进一步消除冗余匹配,同时又识别出视场内更多的观测星,有利于提高识别率和定姿精度。试验结果表明,与其他一些经典的星图识别算法相比,所提算法在识别率和星表容量方面更有优势。识别率可达99.9%,且随着星等的增加,存储容量增加的最少。所提算法更加适于大视场、高星等敏感范围的星敏感器在线应用。     

Star recognition algorithm for APS star tracker: oriented triangles

An efficient star pattern recognition algorithm is presented. The purpose of this algorithm is to make sure of the compatibility of the software and the imaging sensor noise level. The new CMOS APS sensors have not currently reached the same accuracy as the former CCD sensors in position as well as in magnitude determination, especially in the dynamic stages. This algorithm allows the system to recognize the star pattern 20% faster than with reference algorithms. No false recognition has been noticed. Used databases have a size 5 to 10 times smaller, depending on other reference algorithms. Oriented triangles are used to compare the measured star pattern with the catalogue stars. The triangle's characterization criteria propose several solutions in a first time. A unique solution is selected by means of identification and validation methods in a second time. First results, presented hereinafter, are very encouraging, and this algorithm may be used in the future APS star trackers. APS star tracker robustness is significantly enhanced by this method during the critical navigation phases     

一种改进的三角形星图识别方法

首先提出在直角坐标系下将天球球面均匀地分成486个分区的方法——"内接正方体法",实现导航星的快速检索。然后按照星对角距的大小升序排列,直接存储星对角距,并通过设置星对角距状态标识,完成星对角距的快速匹配搜索。最后,引入验证识别环节有效地解决观测三角形与匹配的导航三角形产生的冗余问题。仿真实验表明,改进的三角形星图识别方法对星点位置噪声和星等(亮度)噪声均具有较强的抗干扰能力,且在识别时间和存储空间的需求方面均比传统的三角形算法也具有较大的优势。     

一种基于星座匹配的全天自主星图识别算法

讨论了一种新的无须任何先验知识的星图识别算法。通过对导航星座数据库进行调整和最大限度地利用了已识别基元所提供的匹配信息,使得算法的计算量和存储容量与传统的三角形匹配算法相当。ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ 模拟表明,在星等误差０．５ 星等（３σ）,位置误差１０ 角秒（１σ） 时,算法的识别成功率接近１００％ 。     

大动态干扰下基于光学图像的自主导航技术

针对高超声速飞行器在平流层内飞行过程中自主天文导航时,气动光学效应及运动模糊等大动态干扰严重影响观星和高精度导航的问题,提出一种基于正则化思想的高超星图半盲复原改进算法。该算法首先借助已有的高超星图模糊核提取算法获得先验模糊核,为复原提供便利条件。接着结合天文图像灰度及梯度的稀疏先验分布特性,设计了一种针对高超星图的正则化盲复原模型,并结合先验模糊核所提供的信息,构建了改进的半盲复原方法,能在先验模糊核精度较低或缺失时转化为盲复原方法,提高了算法的鲁棒性。将本算法与传统星图复原算法、其他最新正则化复原算法进行星图复原与导航效果比较,数值仿真结果显示本算法的复原效果更佳,峰值信噪比（PSNR）达到36.97,并且质心提取成功率达到99.23%,能够明显改善星图识别的成功率,从而大幅提升高超声速飞行器在平流层中的大动态干扰下的自主导航能力。     

一种低复杂度的极低信噪比高动态信号载波粗捕获算法

 针对传统的时域匹配平均周期图算法计算复杂度高的问题,对极低信噪比高动态信号的载波粗捕获算法进行了研究,提出了一种改进的带有补零的频域移位平均周期图算法。该算法采用多速率频域移位运算简化了多支路多普勒变化率匹配,与原算法相比,其计算复杂度降低倍数为匹配支路数与补零倍数之比,捕获性能几乎不损失。给出了算法中影响捕获性能与计算复杂度的关键参数设计方法。在信噪比(SNR)为－41 dB(载噪比C/N₀=18 dBHz)、载波多普勒频偏为－300～300 kHz、多普勒变化率为－800～800 Hz/s、码速率为20 bps条件下对两种算法进行了仿真,结果表明在基本满足后级载波跟踪需求条件下,即频偏精度均达±12 Hz时,多普勒变化率精度均达±25 Hz/s,捕获概率都在90%以上时,改进算法捕获时间比原算法增加了8%,计算复杂度降低了70%。     

The Estimation of the "Center of Gravity" of a Photon Density Profile in Noise

A model for an optical position estimation system is developed employing the photon Poisson process theory. The position estimate is based upon the definition of a center of gravity (CG) of the power density profile of the optical source on the focal plane. An estimator structure is derived using maximum likelihood estimates of the image profile. The resulting estimate of the CG is shown to be unbiased and its variance is obtained. The variance is shown to depend upon the signal energy and noise level as well as upon the distance of the center from the initial counting point. Thus, a composite estimation system is presented which reduces the variance and yet yields a simple structure. Studies on star estimation have yielded position accuracies better than 0.1 seconds of arc for a 2.5 visual magnitude star in a background of equivalent intensity.     

A Modified Discrete Karhunen-Loeve Random Field Estimator

Based upon the modified Karhunen-Loeve model of the gravity disturbance vector proposed by us recently, a corresponding Karhunen-Loeve random field estimator is developed in this paper for a two-dimensional grid of gravity data in a local finite region.The new eigenvectors obey the "required" orthogonality relations on the chosen grid provided the KL expansion is now separated into odd and even integers. The closed-form solution of the estimator isthen obtained under the "diagonal" assumption for the gain coefficients. It is shown that this assumption, without which nosolution is possible, enables the estimator to reproduce the data atgrid points when the noise in the data is absent and the number of terms in the Karhunen-Loeve expansion are equal to the number of grid points.     

一种改进的星图降噪算法研究

在星敏感器的使用过程中，由于外界环境的影响及传感器自身的限制，拍摄出来的星图不可避免地存在一些噪声，因此对星图进行去噪处理是一项非常重要的工作。针对传统高斯模板滤波存在的引入邻域噪声、无法自行根据星图特性修正等造成去噪效果不好的问题，提出了一种改进的星图降噪算法。该方法在滤波前先进行坏点剔除工作，并采用高斯低通滤波与高通滤波结合的方式对图像进行处理，在抑制噪声的同时有效地保留了星点信号。通过阐述星敏感器的工作原理，分析星图的噪声特性，对星图滤波去噪算法进行研究，并进行模拟星图影像提取星点坐标实验。结果表明：使用该算法进行滤波比传统的高斯滤波算法提取的质心坐标精确度更高，较传统方法横坐标提高0.00538个像素点，纵坐标提高0.0077个像素点，证实了图像处理算法的有效性。     

基于最大序列相关性的Turbo码交织器识别

针对现有算法在Turbo码交织器识别中存在低信噪比适应性差，且识别性能随交织长度增加而急剧恶化的缺点，提出了基于最大校正序列相关的识别算法。该算法首先利用已识别的交织位置序列对每一帧交织位置上的信息序列进行估计，通过遍历可能的交织位置，并作互相关运算，当遍历位置为交织映射关系时，该位置上的数据序列与估计序列具有最大的相似度，从而完成交织位置识别；然后充分利用这些交织位置上的序列，分别估计出校正数据序列，将校正的序列再与原始序列叠加，完成码元校正，直到所有的交织关系识别完成。所提算法直接利用了截获的软判决信息，同时能够实现码元校正，这就克服了以往算法的两个缺点。仿真结果表明，在信噪比为-1 dB，交织长度为1024时，所提出算法仅仅需要1000数据帧，就能达到100%的识别率，与以往算法相比，性能提升2~3 dB，同时完成一次可靠识别所需的数据量仅需以往算法的1/4。     

载波相位平滑伪距在GPS/SINS紧组合导航系统中的应用

针对GPS/SINS紧组合导航系统中伪距噪声大从而引起组合导航系统精度低的问题,提出了将载波相位平滑伪距方法引入到组合导航系统中,利用具有较高精度的载波相位对低精度伪距进行平滑滤波,在建立观测方程的同时,为了减小Kalman滤波器计算量,选用最佳4颗卫星的伪距与伪距率作为观测值,并提出了一种四面体选星法,该方法不需要进行矩阵求逆运算,减小了运算量。利用光纤陀螺捷联惯导系统与GPS接收机搭建了实验验证系统,通过车载实验对所提出的方法进行了验证,实验结果表明,经过载波相位平滑后的伪距噪声得到了降低,从而能够进一步提高GPS/SINS组合导航系统的定位精度,其位置误差均方根值相比无载波相位平滑减小近40%。     

高超声速飞行器组合导航鲁棒滤波算法

高超声速飞行器由于其飞行环境的影响,使得GPS和星敏感器的量测噪声表现出非高斯特性。针对常规基于Kalman滤波的组合导航在非高斯噪声下性能下降的问题,提出了基于鲁棒滤波的高超声速飞行器组合导航算法。方法在惯性／GPS／＆异步量测建模的基础上,通过随机去耦将量测更新转化为线性回归问题,并基于M估计获得状态量最优估计。仿真结果表明,方法对非高斯噪声具有更好的鲁棒性,有效提高了高超声速飞行器组合导航系统的性能。     

一种快速的星敏感器星跟踪方法研究

阐述了星敏感器中星跟踪方法的重要性,指出了目前国内外星跟踪方法的不足。针对这些不足,提出了一种全新的、快速的星跟踪方法。新的跟踪方法采用现场可编程门阵列(FPGA)实现了实时的星点定位;正是由于这种技术的采用,加快了星点位置信息的获取,摈弃了跟踪窗的跟踪方法,采用简单的匹配识别的跟踪方法;对于新星的识别,由于有初始姿态而采用匹配组的识别方法。最后给出了星跟踪过程的实验结果。     

寡星条件下的半球谐振陀螺与星敏感器 组合姿态测量算法

针对半球谐振陀螺与星敏感器松组合系统在寡星条件下无法正常工作的问题,采用新的星图识别算法和新的数据融合观测方程,使星敏感器在观测到的导航星数量为1或2颗的情况下完成星图识别,从而能够完成组合测姿。     

机动目标“当前”统计模型与自适应跟踪算法

本文提出机动目标“当前”统计模型的概念并建议用修正的瑞利-马尔科夫过程描述目标随机加速机动的统计特性。文中指出了在机动目标运动模型中状态（机动加速度）估值与状态噪声之间的内在联系。在此基础上提出了具有机动加速度均值及方差自适应的卡尔曼滤波算法。对一维和三维的情形进行了计算机模拟。计算结果表明,在仅对目标位置进行观测的情况下,这类自适应估值算法无论对高度机动或无机动的目标均可绘出较好的位置、速度及加速度估值。     

Efficient solution and performance analysis of 3-D positionestimation by trilateration

A new exact, explicit, and computationally efficient solution for three-dimensional (3-D) position estimation based on range measurements from three stations is proposed. The simple polynomial-type form of the new algorithm facilitates the performance analysis. Formulae are provided for both the variance and the bias of the position estimates. The systematic error is a joint effect of both the measurement noise and the system nonlinearity and its magnitude cannot be ignored if highly accurate localization is required. Performance evaluation results are presented for various conditions     

Fast approximate maximum likelihood period estimation from incomplete timing data

 To estimate the period of a periodic point process from noisy and incomplete observations, the classical periodogram algorithm is modified. The original periodogram algorithm yields an estimate by performing grid search of the peak of a spectrum, which is equivalent to the periodogram of the periodic point process, thus its performance is found to be sensitive to the chosen grid spacing. This paper derives a novel grid spacing formula, after finding a lower bound of the width of the spectral mainlobe. By employing this formula, the proposed new estimator can determine an appropriate grid spacing adaptively, and is able to yield approximate maximum likelihood estimate (MLE) with a computational complexity of O(n²). Experimental results prove that the proposed estimator can achieve better trade-off between statistical accuracy and complexity, as compared to existing methods. Simulations also show that the derived grid spacing formula is also applicable to other estimators that operate similarly by grid search.     

永磁同步电机无传感器转子位置观测器研究

永磁同步电机的运动是一个强耦合非线性动态过程,旋转高频电压注入下 的电机模型存在建模误差,数据采集存在测量噪声和系统噪声,采用传统的线性控制理 论难以达到要求。提出了以不依赖于准确数学模型的广义预测控制算法为基础的转子位 置观测器,可有效提高转子位置检测精度,增强抗干扰能力。仿真实验结果表明,在存 在建模误差和噪声的情况下,基于广义预测控制算法位置观测器的旋转高频注入法可准 确追踪转子位置。