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。     

一种基于Sobel算子的星敏感器星图预处理方法

星敏感器在太空环境下工作时容易受到杂散光的干扰,对星图进行二值化后直接采用质心法难以从星图中提取恒星星像坐标.针对上述问题,提出了一种基于Sobel算子的星敏感器星图预处理方法,用于提取星像坐标.首先采用Sobel算子计算星图中所有像素的梯度,保留所有大于阈值的像素梯度作为新的星图,然后以新的星图作为样板通过质心法从原始星图中提取恒星星像.由于杂散光干扰信号在星图中表现为缓慢信号,这些信号计算的梯度很小,因此通过Sobel算子计算后新的星图只有恒星星像.该方法能够消除星图中的杂散光干扰信号,使星图中只保留恒星星像信息,提高恒星星像坐标提取精度,具有较好的鲁棒性.     

一种采用行列聚类并行的星像坐标提取方法

为了提高星敏感器的数据更新率,必须减少星像坐标的提取时间。在提取星像坐标的过程中,现有基于FPGA的方法虽然避免了星图保存和读取过程,然而需要高性能的FPGA才能实现。为此提出了一种采用行列聚类并行的星像坐标提取方法,将逐个像素聚类的方式优化成像素队列聚类的方式,实现了对恒星星像坐标的实时提取,可以解决现有的实时提取星像坐标方法中像素输出时钟与处理时钟不匹配的问题,达到1个时钟周期处理完1个像素的目的,从而减少了星像坐标的提取时间,提高了星敏感器的实时性。最后把该方法嵌入到某星敏感器系统中,实验结果表明,与现有基于FPGA的实时提取星像坐标方法相比,在相同工作频率且不降低星像坐标提取精度的前提下,提取时间仅为现有方法的21.1%,数据更新率提高了近5倍。因此,该方法不但具有实时性,而且具有较好的鲁棒性。     

一种基于FPGA实现实时提取恒星星像坐标的方法

提出一种基于FPGA实现实时提取恒星星像坐标的方法。该方法在提取恒星星像坐标过程中,不必利用当前图像下一列坐标的灰度值和当前列下一行坐标的灰度值,而仅仅采用当前图像当前行的上一列坐标的灰度值以及当前列的上一行坐标的灰度值, A/D转换成数字量后,把星图图像保存到SRAM和提取恒星星像坐标两个过程并行。实验结果表明,采用该方法不仅能够准确提取恒星星像坐标,而且能够进一步提高坐标提取的实时性,满足星敏感器并行流水工作模式的要求。     

双基地角时变下的ISAR稀疏孔径自聚焦成像

针对双基地角时变下的逆合成孔径雷达（ISAR）成像分辨率低以及稀疏孔径存在相位误差引起图像散焦等问题,提出了一种基于贝叶斯压缩感知（BCS）的双基地ISAR稀疏孔径自聚焦高分辨成像算法。在平动补偿后回波数据的基础上,首先构造补偿相位将由双基地角时变引起的多普勒偏移补偿掉,然后构造随双基地角变化的稀疏基矩阵,建立基于压缩感知的双基地ISAR稀疏孔径观测模型,并将相位误差作为ISAR成像的模型误差,接着假设目标图像各像元服从Laplace先验、噪声统计特性服从Gaussian分布,利用贝叶斯推理进行"分布式"迭代求解,在高分辨成像的同时实现了相位自聚焦,仿真结果验证了算法的有效性和优越性。     

Low-frequency Periodic Error Identification and Compensation for Star Tracker Attitude Measurement

The low-frequency periodic error of star tracker is one of the most critical problems for high-accuracy satellite attitude determination.In this paper an approach is proposed to identify and compensate the low-frequency periodic error for star tracker in attitude measurement.The analytical expression between the estimated gyro drift and the low-frequency periodic error of star tracker is derived firstly.And then the low-frequency periodic error,which can be expressed by Fourier series,is identified by the frequency spectrum of the estimated gyro drift according to the solution of the first step.Furthermore,the compensated model of the low-frequency periodic error is established based on the identified parameters to improve the attitude determination accuracy.Finally,promising simulated experimental results demonstrate the validity and effectiveness of the proposed method.The periodic error for attitude determination is eliminated basically and the estimation precision is improved greatly.     

运动补偿用惯性器件误差对SAR成像分辨率的影响研究

 为提高合成孔径雷达（SAR）系统的性价比,必须根据SAR成像分辨率的要求和整体系统参数,设计相应精度的运动补偿用捷联惯导系统。在确定SAR运动补偿系统方案和安装方式的基础上,分析不同方向的加速度计和陀螺仪误差对天线相位中心位置测量误差的影响,并利用位置测量误差与SAR成像分辨率之间的关系,进一步明确了不同方向的加速度计和陀螺仪对SAR成像分辨率的影响。研究表明：基于SAR的工作原理和安装方式,x方向加速度计和y方向陀螺仪对SAR成像分辨率的影响明显比其他惯性器件严重;相同误差水平的惯性器件对SAR成像分辨率的影响随着合成孔径时间和工作波长的不同而不同,时间越长,波长越短,影响则越严重。SAR成像仿真证明了结论的正确性。研究结果对于研制高性价比SAR成像运动补偿系统有一定的理论指导意义。     

星点图像的目标提取算法研究

对于星点灰度重心法等亚像素提取算法来说,需要提取星点区域内的每一个像素。基于扫描的边界搜索法只能获取目标的边界像素,文中对其进行了扩展,通过判断边界像素中最大最小行列数来确定目标区域的具体范围,从而提取目标区域内的每一个像素。针对大视场星点图像目标范围小、相互间距离远的特点,为减小计算量,提出了基于视框搜索的目标提取算法。通过实验证明,基于视框的算法在计算量上比基于边界搜索的算法减少3/4。     

航空面齿轮磨削碟形砂轮修整方法及误差分析

根据面齿轮专用磨齿机的机械结构,提出了偏置曲线修整方法,设计了砂轮修整装置,并运用VERICUT软件进行修整加工仿真.推导了含各类修整误差情况下面齿轮的齿面方程表达式,并运用MATLAB软件生成了齿面误差云图,为修整过程的误差补偿提供了理论参考.最后进行了磨削及检测试验,将检测结果与误差云图对比,分析可能产生这种误差的原因,并在修整过程中进行误差补偿,使齿面最大法向误差值减少了31.14%,面齿轮齿形精度得到了提高.      

星敏感器在轨光行差修正方法研究

星敏感器作为目前航天器中最重要的姿态测量敏感器,其精度直接影响航天器姿态测量精度,因此对其误差源进行分析和修正则尤为重要。提出了一种星敏感器在轨光行差修正方法,根据光行差产生的原理和特点,将星敏感器沿探测器X和Y方向产生的光行差误差角巧妙地转换为光行差误差四元数,并直接对输出四元数进行修正,从而为修正星敏感器光行差提供了一种方便简洁的方法。     

Noise effects on centroid tracker aim point estimation

An investigation of errors due to noise in centroid tracker aim-point estimation is presented. The centroid tracker discussed is similar to the tracker described by A.L. Gilbert et al. (1980). Simplifications to this algorithm were made so that the derived models would be consistent with the actual tracker algorithm. Two statistical models are derived which relate image noise effects to computation of the target centroid. The first model, the simplified aim-point error model, is derived by assuming that the probabilities of incorrectly classifying target and background pixels are equal. The second model, the extended aim-point error model, is derived by assuming that the probability of incorrectly classifying a target pixel can differ from the probability of incorrectly classifying a background pixel. These models are described and their mathematical implication is discussed. Simulation results which verify the models are presented     

光纤陀螺标度因数及零偏温度误差补偿研究

首先分析了光纤陀螺产生温度误差的机理,在此基础上分别指出标度因数与零偏的误差补偿模型,提出了一种利用一组数据同时补偿标度因数及零偏的方法,直接表示输入与标度因数零偏补偿后的关系。最后通过实验验证了该方法不仅能够有效地补偿陀螺的温度误差,且其补偿精度优于原单独补偿的方法,同时该方法仅需一次温度实验,节省实验成本,具有较大的现实意义。     

用于SAR运动补偿的DGPS/SINS组合系统研究

使用考虑位置误差相关项的伪距率观测模型 ,研究了用于合成孔径雷达运动补偿的差分 GPS/ SINS伪距率组合系统。结果表明 ,组合系统的长期位置精度能达到 1 m左右。 GPS数据更新率低于 INS,在 GPS测量时间间隔内 ,组合系统的性能仅由 INS决定。虽然 INS误差随时间积累 ,在 GPS数据更新率为 1 s的情况下 ,即使采用中等精度的惯性仪表 ,其相对位置精度为厘米级 (这里相对位置精度指组合系统在 GPS测量时间间隔内位置误差的变化范围)。     

磁流变机床误差分析和加工工艺优化

首先通过实验分析不同工艺参数下对去除函数稳定性的影响,并进行了仿真分析,确定了机床的敏感方向;其次,对磁流变机床运动轴误差进行了测量,分析这些误差引起法线方向误差的大小;最后,实验验证采用较大的压深和补偿法线方向误差可以有效提高机床的加工精度.     

一种矢量调制移相器的反馈补偿设计方法

针对矢量调制移相器存在的移相误差和增益波动问题,提出一种矢量调制移相器的反馈补偿设计方法.在分析了矢量调制的移相原理及影响移相精度和增益稳定性的误差因素的基础上,根据反馈补偿原理对误差因素进行补偿校正.首先通过自动化的测试和处理流程,得到移相器的相位和增益误差特性表,然后将该误差特性表反馈至移相器监控单元,最后监控单元利用插值算法和归一化原理实现对误差量的补偿校正.对采用该方法设计的移相器进行实际测试,结果表明：其移相精度小于1°,增益随相位变化波动小于0.4 dB,对比补偿校正之前,移相精度和增益稳定性得到了大幅提高和改善,从而验证了该方法的有效性.     

基于微小卫星的空间目标光学探测定位方法

为实现空间目标的天基光学观测,利用双星定位原理,采用仅测角的观测方式,结合最小二乘法建立了双星几何定位模型。考虑到星点提取作为光学定位算法中的重要一环将直接影响最终的定位精度,因而针对就星图处理部分,分析了星图的灰度特点,采用阈值分割法进行了去噪处理,选取了几种质心法对星点进行提取,利用真实星图对提取结果进行比较,选出了形心法和阈值质心法 2种较为可行的星点提取算法。通过仿真计算和蒙特卡洛误差分析结果可知,不考虑误差时,定位误差小于 10-5 m;考虑主要误差源时,定位误差小于 100 m;且姿态误差对定位方法的精度影响最大,数值上可以达到总误差的 0.9倍以上,速度误差的影响最小,只有总误差的 1/30,可以忽略;定位误差近似呈高斯分布且误差的大小与误差源近似呈线性关系。由此可见,文章所建立的定位算法可以对空间目标实现较为精确的定位。     

惯性平台中星敏感器安装误差标定方法研究

提出了一种基于星光/惯性平台系统中星敏感器安装误差的地面标定方法,利用高精度的星模拟器,模拟远处恒星,将星敏感器主光轴对准星光,通过测量恒星与平台台体六面体的位置坐标,经过坐标转换后,对比得到星敏感器在惯性平台中的安装误差.实验数据表明,该方法可准确测量出星敏感器在星光/惯性平台中的安装误差角,实现误差的精确标定.     

基于神经网络的光纤陀螺温度漂移误差建模与补偿

光纤陀螺（FOG）温度漂移误差是影响其输出精度的主要误差源之一,在实际应用中必须对光纤陀螺温度漂移误差进行适当补偿。传统的最小二乘法等线性补偿方法很难满足补偿精度的要求且适用性较差,利用BP及RBF神经网络分别建立非线性光纤陀螺温度漂移误差模型,可以有效提高补偿精度,使用FOG温箱实测数据对最小二乘模型及神经网络补偿模型进行了测试对比,验证了基于神经网络的非线性补偿算法在FOG温度漂移补偿中的有效性。     

基于卫星和星敏感器的冗余激光惯组在轨标定

采用高精度卫星导航速度、位置信息以及星敏感器提供的姿态信息设计十表冗余捷联惯组的标定模型,包含陀螺和加速度计的零次项和标度因数,对卫星和星敏感器辅助的冗余激光陀螺捷联惯组进行实时在轨标定.利用标准Kalman滤波和Sage-Husa自适应滤波作为估计算法,对十表冗余捷联惯组参数进行在线估计.数值仿真结果表明:参数标定精度均在7％以内,是一种实时的在轨标定方法,满足误差补偿要求.冗余惯组在轨标定方法为航天器高精度定姿和定轨提供了一种理论参考.     

北斗接收机伪距与伪距率的计算及其误差补偿

接收机伪距与伪距率的计算和误差补偿是进行北斗系统应用开发的关键之一。本文利用北斗卫星播发的星历等导航电文数据,计算得到北斗卫星位置与速度等信息,对接收机伪距误差补偿,并计算得到伪距率。利用卫星的位置、速度,得到伪距和伪距率的误差值,验证了伪距和伪距率的有效性。