基于跟踪器的HMD定位方法研究

头盔显示器(HMD)定位是扩展现实系统应用中必不可少的关键过程,其定位的准确程度直接决定了三维注册的精度。文中以典型的基于六自由度跟踪器和光学透视型HMD的扩展现实系统为例,分双目和单目两种情况详细介绍了HMD的定位方法。     

高精度高动态星模拟器研究

给出了高精度高动态星模拟器系统组成和总体结构, 提出一种基于亚像素显示技术提高动态星模拟器星点位置显示精度从而减小星点几何中心与能量中心位置偏差的新方法. 针对动态星模拟器高动态性要求, 提出一种快速精确检索全天球导航星的新方法, 将已知SAO (Smithsonian Astrophysical Observatory) 星表进行分区, 计算当前姿态四元数并分析航天器视轴所在区域, 对于距离视轴较远区域停止搜索和匹配, 很大程度上缩小了导航星搜索范围, 进而缩短了全天球恒星遍历所需时间. 软件测试结果表明, 此快速检索法可使全天球导航星的选取速度提高近10倍.      

捷联惯导与星跟踪器组合导航算法研究

捷联惯导与小视场星跟踪器构成惯性/天文组合导航系统,核心思想是利用星体跟踪器的高精度测角信息设计滤波修正算法对捷联惯导的导航姿态、方位和位置误差进行滤波估计并修正,以限制捷联惯导系统导航误差随时间的发散,最终提高系统长航时导航的导航精度。在分析小视场星体跟踪器量测量与SINS导航误差之间关系的基础上,设计了两种不同的组合导航算法：位置+方位修正算法和误差角组合导航修正算法。在此基础上对两种算法的导航精度进行了理论分析,并通过长航时仿真飞行数据进行了仿真验证。结果表明：位置+方位修正算法不受载体的位置误差的影响,更适用于星体跟踪器间断工作的情况;误差角组合算法不受载体姿态误差的影响,更适用于SINS初始位置误差得到有效修正的情况。     

星敏感器空间辐射效应研究

星敏感器作为一类高灵敏度光电集成部件,易受空间辐射的影响造成性能退化和工作 异常。分析星敏感器的辐射效应机理并制定相应的防护对策,既是当前可靠性增长的基础, 也是今后高性能星敏感器发展的必然要求,而国内尚缺少对这一问题的详细论述。阐述了空 间辐射环境和星敏感器的组成以及工作原理,综述分析了空间辐射效应机理和对星敏感器产 生的影响,并介绍了国外在相应防护对策上的经验,更进一步对影响星敏感器较为严重的瞬 态效应做了较为深入的探讨。
     

H波段折反式星敏感器光学系统设计

面向短波红外星敏感器在机载平台、弹载平台以及舰载平台的应用需求,设计了H波段折反式星敏感器光学系统。该折反式镜头总长为232mm、焦距为704.3mm、全视场为2°、F数为3.9、探测极限星等为6。结果表明：调制传递函数值接近衍射极限,在奈奎斯特采样频率处大于0.5;各视场径向能量趋于一致,弥散斑可覆盖2~3像元;相对畸变小于0.1%,满足指标要求。本文可为近地空间短波红外星敏感器的工程应用提供理论基础与技术支持。     

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。     

电磁式跟踪器磁场畸变的姿态校正技术

电磁式跟踪器可以测量物体的位置和姿态,但其测量精度也容易受金属环境干扰。本文根据电磁跟踪器的工作原理,给出了电磁式跟踪器姿态校正的模型,讨论了两种不同的姿态校正实现方法:插值法和拟合法,比较了两种方法的优缺点。最后,对某一金属环境进行了畸变姿态校正的试验,给出了3个不同的姿态实际值和在此金属环境下的畸变和校正结果。试验结果表明本文提出的姿态校正算法能很好地补偿金属环境引起的电磁式跟踪器姿态的畸变。     

星图匹配制导中的关键技术

为了提高新一代弹道导弹的快速、机动反击能力和射击精度，采用星光，惯性组合制导足最佳的选择。本论文给出了基于双星敏感器的、星图匹配制导系统的关键技术。提出了根据弹道设计导航星表．极大地简化了弹载星表；提出了一种适用于星光制导的凸多边形箅法，合理地减少了匹配的星对角距数目。这两项技术保证了星图匹配制导技术的实用性。提出了一种分离初始定位、定向误差及平台漂移误差方法。采用凸多边形的星图识别算法可同时获得多颗星的瞬时位置，结合恒星在像平面的位置可解算导弹在赤道惯性系和发射点惯性系的三轴姿态，最后，给出了导弹初始定位、定向误差的数学表达式。仿真结果表明了该方法的有效性。     

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。     

单星-星光制导方案

从原理上论述星跟踪器捷联安装的单星－星光制导原理，推导利用星光信息来修正导弹团初始定位定向误差引起落点偏差的数据处理方法、公式，对两种主要的误差源进行了数学仿真计算，结合仿真试验分析了单星方案的可行性。