星敏感器抗杂光的复合型背景估计星图处理算法

星敏感器在太空作业时,易受到太阳光、月光和地气光等杂光的干扰,导致拍摄的星图灰度整体升高,背景均匀性较差,难以准确提取到星点坐标。针对上述问题并结合现有算法提出了一种复合型背景估计的杂光干扰下星图处理算法。首先,星点具有经点扩散成像后尺寸为直径3×3至7×7的特征,设计相应的背景估计模板,最后为提高算法鲁棒性,提高局部信息的利用率,再设计一个像素估计模板,两个估计模板同时计算后处理数据实现阈值分割;最后进行星点质心计算。通过试验证明该方法可以较好地抵抗杂光干扰,提高杂光背景下星点提取的精度。     

采用最大背景估计的星敏感器图像处理方法

星图处理是星敏感器运行的基础,而杂光干扰是影响星敏感器图像处理的主要因素之一,是算法设计需要重点考虑的干扰源。为消除杂光干扰的影响,通过分析星图中目标及背景的特征,根据星点二维高斯分布模型构造了权值参考函数,改进了最大化背景估计模型,设计了欧几里德四象限旋转对称的掩模,辅以图像分割、去噪,构成采用最大背景估计的星敏感器图像处理算法。另外采用了星点提取率、虚警率、极限探测星等、单星定位精度和仿真时序综合评价星图处理算法性能。实验证明该图像处理算法星点提取率高、虚警率低、单星定位精度高、抗杂光干扰性能优异且具有通用性。     

星敏感器遮光罩的设计与杂散光分析

杂散光抑制是提高星敏感器精度的重要手段,遮光罩的设计是抑制杂散光的主要途径.对星敏感器遮光罩进行设计,通过SolidWorks软件建模,绘制出遮光罩结构,将得到的结构导入TracePro软件中进行杂散光分析.设定材料表面的双向散射分布函数与光线追迹数目,在不同方位角度对1°～75°之间共16个离轴角度进行了光线追迹,得到系统的PST曲线.结果表明,和改进前的结构相比,PST值降低了一个数量级,且系统的杂散光抑制能力在离轴角30°时达到10-9量级.遮光罩内设计竖直挡光环结构有很好的杂散光抑制作用,使系统杂散光抑制水平得到较大的提高.     

星敏感器的星点定位方法研究

介绍了星敏感器的基本工作原理,分析了星图的特点．并结合星图的特点对星图阈值的确定和内插细分算法进行了研究,从理论和实践两个方面对星点定位算法进行了分析,最后确定了适合星图使用的星点定位方法。并用星敏感器对该定位方法进行了试验检验,取得了较为满意的结果。     

星敏感器光学系统设计及杂散光抑制技术研究

在星敏感器实际应用中,光学系统杂散光的存在会引起星点模糊或者被遮挡。文中根据星敏感器对口径、视场、光谱范围和探测能力的要求,采用Code V软件完成了星敏感器光学系统的设计,最终设计参数为口径15 mm、视场18°、光谱范围400~750 nm、探测能力5等星,并利用CAD画图软件设计了锥形结构遮光罩,遮光罩叶片视场边界为19°,共9片挡光环,最前端面距离窗口玻璃190.76 mm,最前端面口径108.76 mm,太阳规避角25°,同时利用ASAP软件分析了光学系统对杂散光的抑制能力,根据杂散光评价指标点源透射比(PST),在25°太阳规避角时,系统满足5等星探测能力需求,验证了杂散光分析方法、分析模型的正确性。     

一种适用于星敏感器的星点提取方法

介绍了一种用于星敏感器数字图像处理系统的星点提取方法:首先简要介绍了基于DSP TMS320F206和CPLD 1048C的电路设计,然后主要介绍了DSP对数字图像进行阈值分割、连通性分析和内插细分定位处理并最终得到星点的坐标信息.同时,还提出了一种改进的连通性分析算法.最后,在完成星敏感器样机的设计后进行了试验,试验结果表明,改进后的连通性分析算法能够提高图像处理的效率,同时也表明本文采用的星点提取方法具有较高的精度.     

适用于高机动性星敏感器的星像坐标提取方法

提出了一种有效的星像坐标提取方法,该方法根据星像拖尾的特点,通过对拖尾星像进行预处理使之接近理想的星像特征,然后采用重心算法提取其星像坐标.仿真结果表明该方法提取的星像坐标误差比直接采用重心算法提取的星像坐标误差明显减少,从而提高了星敏感器的精度和机动性.     

基于PSF参考模型的星敏感器单粒子效应在轨校正方法

为了提高星敏感器在遭受单粒子效应打击情况下的质心提取精度,提出了一种基于点扩散函数参考模型的在轨校正方法。通过构建星点参考模型及残差校正,该方法能有效去除单粒子噪声,校正噪声星点形态,降低星点质心定位误差。与传统去噪算法相比,该方法能在有效去噪的同时保护星点能量不被破坏。通过仿真实验验证了该算法抗单粒子效应的有效性,通过对比实验验证了该算法相比传统算法的优越性。     

紫外星敏感器光学系统设计及其鬼像分析

针对空间紫外波段航天器自主导航姿态敏感器的特殊需求,提出基于正组为FK5和熔石英、负组为QF1的新型紫外玻璃组合方法,设计了波段330~365 nm、焦距80 mm、F数1.6、视场角88的紫外星敏感器。基于近轴鬼像能量计算的方法对鬼像抑制指标进行计算。利用Code V对系统轴上一阶鬼像进行初步的分析与判断,再利用非序列光线追迹对系统轴外多阶鬼像进行仿真计算,得到完备的轴外鬼像能量分布。结果表明,该光学系统结构紧凑,像质良好,各视场成像弥散斑均方根半径10 m内能量集中度大于80%,相对畸变优于0.05%,在相差7等星的动态范围下,像面处亮星最大鬼像光斑照度仅为暗星照度的1/21,满足紫外星敏感器的探测需求。     

CCD噪声对星敏感器星点定位精度的影响

星点测量精度是表征星敏感器精度的一个重要指标,影响该精度的主要因素有：光学系统误差、图像传感器的噪声、电路噪声及软件算法等。图像传感器的噪声对星点定位精度的影响是不容忽视的,但很少对此进行研究。针对某给定参数的星敏感器,对TH7890M CCD图像传感器的各项噪声进行了定量计算;基于亚像素细分质心算法,针对各噪声的分布特点及规律,分别推导出各自的均方根误差,综合各项误差得到CCD噪声的星点定位精度模型。计算结果表明TH7890M CCD的主要噪声有读出噪声、光子散粒噪声和光响应不均匀性引起的随机噪声;影响星敏感器星点定位精度的主要噪声是读出噪声和光子散粒噪声;对6等星进行星点位置的估计,CCD噪声达到了1/40像素的精度水平。     

高动态星体目标提取方法

阐述了动态星敏感器星图的特点,指出了目前国内外星体目标提取方法的不足.针对这些不足,提出了一种新的星体目标提取方法.根据星敏感器运动特性,自适应选取处理窗口的大小及方向,自适应窗口可以适应不同形式的星敏感器运动.在选取的窗口内进行星体目标提取,当星体存在断裂情况时,利用数学形态学的方法对断裂星体进行断点判定及主动生长....     

基于星图模拟的星空目标提取

提出了一种将星图模拟技术应用于星空背景空间目标提取的方法,建立了地基光测设备的星图模拟模型,推导了光轴指向计算和星体到焦平面成像的坐标转换。利用模拟星图生成掩模,对实拍星图处理去除恒星背景。实验证明利用模拟星图能够有效去除恒星背景提取空间目标。     

微光探测EMCCD在高灵敏度星敏感器中的应用初探

文中以微光探测为基础,阐述了微光探测的主流技术,重点突出EMCCD(Electron Multiplying CCD)的结构、功能、优点,并以星敏感器运用为目的,初步进行了EMCCD的设计和计算.     

复杂光线环境下结构化光斑的差动成像提取方法研究

结构化光斑提取是线结构光三维视觉测量的重要基础。针对在复杂背景光环境下结构化光斑难以提取的问题,本文提出一种基于时域差动成像的结构化光斑提取方法。通过电路控制线结构光与成像单元的同步工作,使连续拍摄得到的两帧图像中一帧含有结构化光斑,另一帧不含结构化光斑,通过对两帧图像灰度值的相似性特征参数识别,提取光斑的潜在区域,再结合关联区域筛选处理,即可有效提取出结构化光斑。这一方法能够在复杂的背景环境中将低信噪比结构化光斑准确提取出来,对于线结构光三维视觉测量等结构化光斑的相关应用都具有很高的实用价值。     

基于星敏感器的船载雷达误差修正参数解算方法

针对动态条件下船载雷达误差修正参数标定困难的问题,提出了基于星敏感器的船载雷达误差修正参数解算方法,该方法以安装于船载雷达天线的星敏感器测角数据为比对基准。总结了船载雷达标定方法的现状,介绍了基于星敏感器的船载雷达误差修正参数解算原理,推导了船载雷达误差计算公式和误差修正参数解算模型。通过计算雷达相对星敏感器的角度残差,采用最小二乘算法实现了误差修正参数的解算。最后,通过静态与动态试验对该方法进行了验证。试验结果表明,静态条件下,该方法与传统坞内标定结果相比一致性优于15″,动态条件下的一致性优于25″,说明该方法技术上是可行的。     

基于预测跟踪星表提高星敏感器实时性的方法

为提高星敏感器在星跟踪失败时向全天识别模式转换的效率,提出了一种在星跟踪的同时,并行预测跟踪导航子星表的方法,以随时做好工作模式切换的准备,提高星敏感器实时性。设计了分层存储、逐层索引结构的导航星表,实现了均匀化筛选导航星、构建导航子星表及对数据快速搜索和处理;由飞行态数据预测下一时刻星敏感态,并通过星敏感器视轴指向与子星表地址之间的索引关系,预测跟踪子星表的地址;星跟踪失败时,全天识别在4个冗余子星表中完成,简化识别过程,提高了识别效率。实验结果表明,设计的导航星表较为科学、合理,预测跟踪星表方法具有较强的鲁棒性,在高动态条件下有效提高了星敏感器模式切换的实时性。     

甚高精度星敏感器测试用静态星模拟器设计

为了完成甚高精度星敏感器的地面测试任务,设计高精度静态多星模拟器,实现对星点位置的准确模拟。设计的准直光学系统光谱范围为500~900 nm,在20℃时,系统焦距为150 mm,全视场7.2内畸变小于0.02%,MTF 达到衍射极限。对于-45℃~65℃的工作温度变化,分别使用Zemax 和ANSYS 软件对模拟器光学系统、机械结构进行消热差和有限元分析。分析结果表明:模拟器的光学系统消热良好,机械结构变形及应变很小,其整体抗离焦性能满足设计要求。对模拟器的精度进行理论计算,用徕卡经纬仪测试指定星图,计算结果显示实测的单星位置误差小于3,星对角距误差小于5,均优于对敏感器标定的精度指标要求。     

基于最优弧的激光光斑中心检测算法

激光光斑中心检测是光学测量中常用的关键技术,广泛应用在光学测量系统、光路自动准直系统、激光通信目标跟踪中。为了提高光斑中心及半径的检测精度和抗干扰性,提出了一种基于最优弧的激光光斑中心检测算法,该算法首先根据圆的对称性排除了受干扰边缘,然后选取对称性好的弧线作为最优弧,最后以最优弧的数据作为拟合数据,利用最小二乘法计算出圆的中心及半径,并与其他算法进行了比较。实验表明,该算法对于中心和半径的定位精度高、计算速度快,并有效地提高了中心检测的抗干扰性,适用于在线实时检测。