一种小型化分体式星敏感器的设计

星敏感器是以恒星为参照系,以星空为工作对象的高精度空间姿态测量装置,提供准确的空间方位和基准,具有高精度、无漂移、工作寿命长等特点,可与惯性仪表组成复合导航.针对小体积、高精度的应用需求,重点概述了星敏感器小型化分体式结构设计、光学系统设计、星像提取和星图识别等关键技术,为小型化星敏感器研制提供了设计思路.     

一种测试星敏感器空间指向的方法

星敏感器作为高精度姿态测量单机,为高精度姿态控制提供前提保障。确保星敏感器空间指向正确性对姿控系统至关重要。基于此提出了一种在外场观星试验中,通过测试星敏感器地方时惯性指向来确认空间指向的方法,该方法结合格林尼治恒星时概念,通过地心赤道惯性坐标系与当地地理系之间的转换关系进行算法设计,是验证选用的星敏感器空间指向正确与否的重要手段。     

基于星敏感器的卫星姿态估计方法研究

以星敏感器姿态信息作为测量数据,结合卫星姿态动力学方程组,采用增广卡尔曼滤波方法对无陀螺卫星姿态进行估计。研究发现,干扰力矩的变化会降低卫星姿态估计结果的精度,为此提出两种改进的姿态估计算法:增广自适应卡尔曼滤波方法和增广强跟踪卡尔曼滤波方法;仿真表明,两种算法都能很好地克服干扰力矩变化导致的精度下降现象。     

一种高精度小型化星敏感器设计

星敏感器是以恒星为参照系,以星空为工作对象的高精度空间姿态测量装置,提供准确的空间方位和基准,具有高精度、无漂移、工作寿命长等特点.针对星敏感器高精度和小体积的应用需求,基于小型化镜头设计、分体式结构、高集成度电路、"FP GA+ARM"软件等内容,提出了一种高精度小型化星敏感器,解决了狭小空间高度集成的小型化问题,实现了测姿0.6″(3σ)的高精度预期目标.星敏感器样机通过了试验考核,性能符合设计要求,具备全天球搜索恒星定姿的能力.     

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...     

基于帧间角距匹配的跟踪模式星图识别

为了提高星敏感器的跟踪匹配速率,提高星敏感器姿态更新率,本文提出了一种基于帧间角距匹配的跟踪模式星图识别方法.该方法充分利用上一时刻的角距匹配信息构建了一个实时跟踪星库,并把当前时刻的角距信息在实时跟踪星库中进行匹配识别,识别成功后利用识别时用到的信息对实时跟踪星库进行更新.仿真实验表明,该方法具有匹配时间短、匹配成功率高的优点.     

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。     

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.     

船载星敏感器测星数据蒙气差实时修正方法

针对船载星敏感器安装在航天测量船上而引起的测星数据如何进行蒙气差实时修正问题,在分析船载经纬仪目前使用的蒙气差修正方法和中国天文年历提供的蒙气差修正方法的修正精度的基础上,提出船载星敏感器测星数据的蒙气差实时修正方法,给出蒙气差常数R0和温度变差乘数A的改正量α的计算公式,解决了工程应用上的高精度和实时性问题;同时,在分析大气温度、大气压力对船载星敏感器测星数据蒙气差影响的基础上,提出工程应用中的气象数据采集与使用的具体方案。     

SINS辅助的星敏感器在线标定方法

航天器在飞行过程中,星敏感器受到外界温度、地面标定精度等因素影响存在较大的安装误差,这将严重影响星敏感器的定姿精度。为提高星敏感器精度,对其安装误差进行严格的在轨实时标定与修正是确保星敏感器测量精度的关键。提出了一种SINS辅助的在线标定方法,将SINS/星敏感器输出的姿态信息进行配准,构建了组合导航系统的Kalman滤波模型。该方法只需航天器在飞行过程中做简单的机动,即可对星敏感器的安装误差角进行实时在线标定。仿真结果表明,采用该标定方法可使星敏感器和惯导的安装误差角的总体估计率达到95%以上,具有较高的工程应用价值。     

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。     

Rapid Star Tracking Algorithm for Star Sensor

A rapid star tracking algorithm is proposed. In order to speed up the tracking, three techniques includng parallel star centroiding, sorting, and star catalogue partition are designed for three time-consuming portions in tracking algorithms. The parallel star centroiding is implemented with Field Programmable Gate Array (FPGA) which avoid image storage and transmission. Update rate of star sensor is improved. Sorting star coordinates in star image plane, and then matching, which avoid matching between stars with a long distance in image plane. Star catalogue partition divides the celestial sphere into many small partitions. In star mapping, guide stars are searched in the partitions near the direction of star sensor's boresight is not in the whole celestial sphere and therefore reduced the total number of searched guide stars. The software and hardware performance of tracking algorithms are simulated. Tracking robustness and the tracking speed comparison are tested in the software simulation. In hardware tests, the tracking time in every step is obtained.     

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。     

基于QTM的导航星库划分方法

为了提高星敏感器观测星的检索速度,提出了一种基于球面四元三角网(Quaternary Triangular Mesh,QTM)的导航星库划分方法.该方法首先利用天球的内接正八面体把全天球划分成8个子天区,然后在每个子天区中进行与经纬度相关的剖分和编码,最后扫描恒星星表,把每颗导航星信息划归到相应的子天区内存储.利用此星库进行的局部天球星图识别仿真实验表明该星库具有很高的检索效率.     

Image Smearing Modeling and Verification for Strapdown Star Sensor

To further extend study on celestial attitude determination with strapdown star sensor from static into dynamic field, one prerequisite is to generate precise dynamic simulating star maps. First a neat analytical solution of the smearing trajectory caused by spacecraft attitude maneuver is deduced successfully, whose parameters cover the geometric size of optics, three-axis angular velocities and CCD integral time. Then for the first time the mathematical law and method are discovered about how to synthesize the two formulae of smearing trajectory and the static Gaussian distribution function (GDF) model, the key of which is a line integral with regard to the static GDF attenuated by a factor 1/ L s (L s is the arc length of the smearing trajectory) along the smearing trajectory. The dynamic smearing model is then obtained, also in an analytical form. After that, three sets of typical simulating maps and data are simulated from this dynamic model manifesting the expected smearing effects, also compatible with the linear model as its special case of no boresight rotation. Finally, model validity tests on a rate turntable are carried out, which results in a mean correlation coefficient 0.920 0 between the camera images and the corresponding model simulated ones with the same parameters. The sufficient similarity verifies the validity of the dynamic smearing model. This model, after parameter calibration, can serve as a front-end loop of the ground semi-physical simulation system for celestial attitude determination with strapdown star sensor.     

A Self-organizing Bearings-only Target Tracking Algorithm in Wireless Sensor Network

In the bearings-only target tracking, wireless sensor network (WSN) collects observations of the target direction at various nodes and uses an adaptive filter to combine them for target tracking. An efficient network management is necessary to gain an optimal tradeoff between locating accuracy and energy consumption. This article proposes a self-organizing target tracking algorithm to select the most beneficial subset of nodes to track the target at every snapshot. Compared with traditional methods, this scheme avoids the need for keeping global position information of the network as in greedy selection. Each node judges its future usefulness depending on the knowledge of its own position and using simple mathematics computation. Simulations indicate that this scheme has locating accuracy comparable to the global greedy algorithm. Also, it has good robustness against node failure and autonomous adaptability to the change of the network scale. Furthermore, this algorithm consumes limited energy because only a portion of nodes partakes in the selection at every snapshot.     

基于恒星敏感器的仪器星等修正方法

基于恒星敏感器的仪器星等修正方法主要包括星际消光计算（大气层外）与大气消光计算（大气层内）两部分。通过对SKY2000原始星表的恒星星等进行转换计算,修正后星等差一般为0.5星等左右,且与观测仪器的光谱响应有关。