基于双正交小波的星点细分定位方法研究

在星敏感器工作过程中,星点目标亚像元质心定位的准确性直接影响星识别的准确性,同时也决定了星敏感器姿态测量的有效性.带阈值的质心法是星点目标细分定位的较理想方法,具有较强的抗噪声干扰能力.在双正交小波变换的基础上提出基于双正交小波的自适应小波阈值法.与传统的IIR阈值法比较,不仅星点目标提取更加准确,而且位置测量精度更高.     

适用于星敏感器的局部星像提取方法

提出了一种局部区域提取星像的算法.该算法采用星跟踪方法提取已知恒星星像坐标,根据这些已知恒星信息在星图中适当范围内提取未知恒星星像坐标并且识别这些未知恒星.对该算法进行了观星测试和在轨验证,实验结果表明:提取星像坐标时只须扫描星图的45%,从而提高了数据更新率;识别未知恒星时由全天球变为整个天球的0.3%,从而提高了识别率.     

基于数字相关算法的光点亚像元定位

在光电检测系统中,CCD本身的分辩力影响了测试精度的提高,因此需要对光点信号的位置实现亚像元定位。采用数字相关算法求出相关函数矩阵,然后再通过最小二乘法进行多项式拟合得到相关函数,求出相关函数的极值点作为光点的定位点。通过仿真试验结果显示,数字相关算法具有很好的稳定性     

亚像元的CCD几何超分辨方法

为了在现有CCD像元尺寸的基础上提高CCD像元分辨力,对CCD几何超分辨问题进行了研究.从研究现状入手,给出了现有算法及其不足,建立了亚像元超分辨成像数学模型,提出了亚像元的CCD几何超分辨方法.该方法将两片线阵CCD集成在同一器件中,在线阵方向上错开半个像元,同时读出时间减半,最终交织重组图像数据,以合成高分辨率图像.利用MATLAB 7.0.1软件对双线性插值方法及亚像元成像方法进行了仿真,并定性定量地分析了两种方法的效果.结果显示:亚像元方法合成图像分辨率约为低分辨率图像的2倍,且两组仿真图像中的PSNR比双线性插值图像分别高出1.486 4 dB和2.207 0 dB.该方法可以显著地减轻欠采样引起的图像模糊,且实时性优于双线性插值方法.     

精密球面磨床主轴回转误差的高精度测量

利用主轴回转误差单点测量法设计了一套测量系统,该系统由高精度标准球、高精度非接触位移传感器和角度传感器组成.阐述了回转误差的测量原理,分析了测量过程中可能引入的测量误差及其消除方法,并进行了实验研究.通过测量系统对测量数据进行了自动获取和分析处理,并用最小二乘法对测量数据进行评定,实现了精密球面磨床主轴回转误差的高精度测量.     

基于序列图像的亚像元成像技术研究

通过压电陶瓷微位移机构移动CCD的位置来获得所需要的互有微位移的序列低分辨率图,提出了用反演解析法对低分辨率图进行重构并得到高分辨率图的方法.通过比较重构后的图像和原图像的分辨率,验证了系统的可行性和反演解析法的正确性.     

基于高斯分布的星像点精确模拟及质心计算

为提高星敏感器仿真系统的精度,提出了基于高斯规律的模拟星像点的灰度扩散方法和高斯质心提取算法.按照二维高斯分布规律置灰度值来模拟星像点像素,对称中心是映射坐标而不是取整的中心像素坐标,以便准确模拟实际星像点散焦及像差导致的灰度扩散.高斯质心提取亚像素定位过程包括像素粗定位和偏差精定位两个步骤,基于高斯规律建立了一个分段函数实现偏差精定位.在星像点噪声为N(0, 1.22)的仿真条件下,整个偏差区间[-0.5,0.5)pixel内高斯质心定位标准差为0.007 pixel,远小于灰度重心法的0.041 pixel和加权灰度重心法的0.026 pixel,而3种方法对模拟星图的处理结果一致.仿真实验表明:模拟星像点高斯灰度扩散法是合理准确的,而高斯质心提取算法简单精确,精度高于传统灰度重心法.     

一种实现CCD亚像元位移分辨率的新方法

基于 CCD子窗口内四个像限的光积分量随目标位置而变化的机理 ,可从摄取的 CCD数字图像提取目标的位移信号 ,本文提出一种新的方法可实现目标位移探测的亚像元分辨率。理论及实验结果表明 ,对于直径为 1μm的球体而言 ,在± 40 0 nm的范围内 ,光积分量的变化同球体的位移关系具有良好的线性度。物方和像方位移分辨率分别可达 1nm和 1/ 3 0个像元宽度 ,可满足光镊系统位移测量要求。     

评定二次曲面轮廓度误差的角度分割逼近法

提出一种基于角度分割逼近算法和粒子群算法计算二次曲面轮廓度误差的最小区域评定方法来准确评定任意位姿的二次曲面轮廓度误差。首先,给出了能够实现角度分割逼近算法的两条前提假设;基于假设,给出了更合理的算法网格布局递推公式。根据曲面轮廓度误差的定义建立了误差评定的精确模型。然后,采用角度分割逼近法求取测点到拟合二次曲面轮廓的距离;通过粒子群算法,以所有的点与二次曲面距离中的最大值为适应度值拟合出二次曲面一般方程,并实现被测轮廓与理论轮廓位置的匹配。最后,采用上述方法对某抛物面天线进行了评定,并与参数分割法、SMX-Insight和最小二乘法进行比较。实验结果显示：该方法测得的天线轮廓度误差为0.659 8 mm,比其它方法准确。结论表明：基于角度分割算法能够更有效地评定任意位姿二次曲面轮廓度误差,计算准确、迅速,而且无需确定待分割区域。     

适用于星敏感器的预测未知恒星星像质心算法

提出了一种自主预测视场内未知恒星星像质心算法.该算法采用星跟踪算法来提取视场内已知恒星星像坐标.根据已知恒星信息从主星表中搜索视场内所有未知恒星,并采用这些信息预测所有未知恒星的理想像平面中心,从以这些预测的理想坐标为中心的范围内提取相应的实际星像坐标.同时采用已知恒星来验证未知恒星星像坐标.最后,对该算法进行了外场观星测试.实验结果表明:该方法提取未知恒星星像坐标时,扫描星图的像元只有局部提取星像算法的0.12%,所以进一步提高了数据更新率.     

一种星图模拟中观测星提取的方法

为了利用计算机动态实时地模拟生成星敏感器拍摄到的星图,针对球坐标系特点,提出了一种改进的高效且适应性强的观测星提取方法.通过对天球分区法在高纬度区域的完善,解决了星敏感器圆形视场在高纬度区域实际的赤经范围计算问题.进一步介绍了一种新的对分区节点进行判断的改进方法,还对提高观测星提取效率的措施(细化分区、采用坐标变换和分步提取)进行了探讨.分析表明,改进的分区法可减轻动态实时模拟星图时的计算压力,效率高,能适应天球中各纬度区域,且逻辑描述简洁,适宜编程.将该方法运用于软件的实现,满足了星图动态实时模拟的要求.     

基于星图识别的空间目标快速天文定位

本文提出了一种基于星图识别的快速定位算法用于加快空间目标的定位速度和提高定位精度。首先,采集当前图像的拍摄时刻和编码器角度值,运用天文定位三角形建立的地平坐标系与地惯坐标系的转换关系,计算设备视轴在地惯坐标系中的指向;然后,由视轴指向所在的天区,提取出该天区所有的导航星与特征库;结合有初始指向的局部星图识别建立图像中背景恒星星像与导航星的对应关系。最后,根据小孔成像原理,通过已识别的背景参考恒星以角距离匹配的方式对空间目标进行相对定位。对4°×4°视场、分辨率为1 024×1 024的实际图像的试验结果表明,因定位过程中引入了天文定位三角形模型和星图识别,大大加快了空间目标的定位速度,初始定位速度平均约为400ms;又因采用相对定位的方式排除了影响定位精度的因素,空间目标的定位精度优于2″。     

星光制导中的凸多边形星图识别算法

提出了以凸多边形为基元、完全不依赖于星等的星图识别算法。首先,构造全部导航星的14°视场模式,共9 176个。然后逐一把这些视场中的导航星投影到像平面,得到一系列的点。依其坐标排序,采用由平面上的点生成凸多边形的算法,就能得到唯一的、以恒星为顶点的凸多边形。在导航星表中以凸多边形为储存单元,其内容为凸多边形的边和顶角。为此,设计了以导航星凸多边形和观测凸多边形之间距离最小为准则的识别算法。针对星光制导的导弹观星时间很短,提出了根据弹道生成弹上导航星表的方法,其导航星表只需存储30颗星的75个凸多边形。仿真结果表明:在任意视场中,基于凸多边形的星图识别成功率高于99%,并具有较强的鲁棒性。     

数字相移测量中的高精度相位误差补偿

数字相移测量的主要误差来源于由数字投影机引入的Gamma(γ)畸变。投影范围内的γ非一致性使得基于单一γ的校正技术和相位误差补偿技术存在较大残余误差。在分析γ非均匀分布的基础上,提出了基于像素的相位误差查找表补偿方法。该方法根据像素自身的γ,动态地建立相应的相位误差查找表,进行相位误差补偿,有效提高了补偿精度。对实际测量结果做了分析并与基于单一γ的方法进行了比较,证明了基于像素的相位误差查找表补偿方法能够获得更高的精度。     

用于子孔径拼接干涉系统的机械误差补偿算法

针对拼接干涉检测系统机械定位精度引起的各子孔径间的相对定位误差,提出了含定位误差补偿项的全局最优化拼接算法。介绍了该算法原理,从理论上分析了该算法拟合出的平移和旋转定位系数的精度。结合MetroPro和Matlab软件仿真模拟实验,分析了机械定位误差对拼接检测精度的影响。实验表明:拟合出的平移定位系数精度高于旋转定位系数精度,与理论分析一致;相对于一般算法,该算法对机械误差有较强的免疫力。在搭建的拼接检测装置上检测了口径为150mm的平面镜,结果显示:拼接结果与干涉仪直接检测的全口径相位残差的分布峰谷值(PV)为0.015 30λ,均方根值(RMS)为0.001 570λ,得到的结果十分接近,验证了该算法稳定可靠,能够合理有效地补偿机械精度引起的子孔径定位误差。     

一种面向光栅信号计量的改进迟滞区间补偿算法

为了补偿由于迟滞比较器引入所带来的位移计量误差,针对通常的迟滞区间补偿算法无法补偿光栅计量信号落在实际迟滞区间门限电压与计算迟滞区间门限V_+、V_-之间所导致的计数误差,提出采用设置变量来标识信号起始点和终止点象限,判断两者象限差与总计数值N模除4所得值是否相等,来决定是否进行增减补偿的迟滞区间补偿算法,并对两种实际出现的特殊情况进行了计数值修正处理。实验证明,该迟滞区间补偿算法可以有效克服计算迟滞门限电压因电子元器件的偏差、电源的纹波干扰以及环境中的电磁干扰而与实际迟滞门限电压不相等所带来的计数误差,使得整个计量系统达到较高的精度。     

基于矩阵理论的直线度评定算法

从矩阵变换的基本理论出发，建立了在最小二乘法意义下的评定直线度的数学模型，提出了基于矩阵理论的直线度评定新算法。实例计算表明本算法具有和最小二乘法一样的计算精度和速度，本算法是正确的和可行的。