三视场小口径星图的仿真

红外波段可探测到足够多用以导航的星体。受限于客观条件,白天无法获取大量的星空图像。为了加快三视场恒星检测、星点定位和星图识别等算法的开发及算法性能的全面测试,需要研究三视场全天时星图的仿真方法。研究并建立了三视场天空辐射模型、系统噪声模型和恒星成像模型,设计并运行了三视场星图的生成软件。结果对加快算法的开发及算法性能的全面测试具有重要意义。     

一种基于描绘辅助线的对于复杂背景下的星图识别方法

针对复杂背景下的星图识别率不高的问题,提出了一种基于描绘辅助线的方法进行星图识别,通过描绘星点间的辅助线,来增加星点间的纹理,使星图变成了一般图片识别可以检测到特征点的图片,从而使星图可以使用传统算法进行识别处理,并且不会使非星点部位的特征点信息丢失,解决了复杂背景下的星图识别问题。     

三视场定位定向设备的视场确定

为了提高三视场定位定向设备可靠性,建立三视场系统功能的基本约束条件测试模型,以模型为依据对可见光波段的视场进行优化分析。首先,分析了设备正常完成工作时采用组合星图识别和简单星图识别所需的必要条件,并建立这两种识别方式关于视场大小的概率分布模型。从原理和实验数据两个方面说明了三视场结构识别三角形概率分布不能通过单视场的概率分布简单推导获取的原因。,给出用蒙特卡洛法求取此概率分布和视场最优值的方法。然后,通过仿真分析得出了两种识别方法关于视场大小的概率分布,在分析两种识别方法仿真数据的基础上,取识别概率为1时视场大小为其优化值。实验结果表明:以组合星图识别为工作基础的三视场定位定向设备有更好的可靠性,优化的视场大小为4.2253.168 75。它满足三视场定位定向设备识别条件可靠性要求。     

一种基于星点特征不变原理的快速星图识别方法

星图识别算法是星敏感器输出姿态的关键技术。根据星图从天球坐标系转换到星敏感器坐标系过程中存在特征值不变的原理,结合视场和星等需求建立了导航星表。并根据星图识别要求设计了对应的快速识别算法。针对特征表维数多的特点,采用K向量法提高搜索效率,同时采用并行计算的思想进一步提高搜索速度。采用Matlab编程实现了算法,并进行了仿真。结果表明,算法的识别效率可达97.8%,平均搜索时间可达14.4ms,能够满足准确率高、识别速度快的要求。     

应用相近模式向量的主星星图识别算法

在分析主星识别算法和三角形识别算法不足的基础上,提出了一种改进的主星星图识别算法.该算法在构造导航星表时,通过旋转角距的方式构造匹配向量、引入相近模式向量,同时将旋转角距向量的模、主星的邻域伴星数目及主星的最小角距作为相近模式向量的限制条件,用来减少匹配次数,提高检索效率;在星图识别过程中,首先利用向量叉乘法进行主星识...     

基于共有星的快速星图识别方法

提高星图识别的快速性对于提高数字天顶仪的定位效率具有重要意义。传统的数字天顶仪星图识别需要对旋转拍摄的每幅星图上所有星点单独进行识别,致使星图识别效率较低。考虑到星图间存在着共有星,对此提出了一种基于共有星的星图识别方法。首先对定位循环中间位置拍摄的两幅星图单独进行识别,然后通过建立倾斜修正模型消除了实际拍摄状态下CCD平面与水平面之间的小倾角,并在此基础上建立了星点归算模型,以此找出剩余星图与已识别星图间的共有星。实验结果表明：通过星点归算模型找出剩余星图与已识别星图间共有星后,再对新增星进行识别,大大提高了星图识别的效率。     

L2范式距离的星图识别方法

在Hausdorff距离的基础上,提出一种不依赖于星敏感器的旋转方向和焦距等因素的星图识别方法。在构造Hausdorff距离的数据点集合时,采用基于L2范数对应的相对欧氏距离作为集合元素,解决星敏感器滚动对星图识别的影响;另一方面,由于受星敏感器焦距的影响,星敏感器图像与标准参考图也会存在误差。在构造标准数据点元素时,考虑到如果一个数据点集包含另一个数据点集,在这两个数据点集之间至少有两个数据点之间的L2范式距离是相同的。对L2范式Hausdorff距离进行比例化处理,每个集合中的相对空间距离除以本集合中最小的相对空间距离,构成一种新的数据点集。这种方法不需要对星敏感器图像由于焦距不同进行标定,避免了星敏感器焦距对星图识别的影响。给出了距离的计算公式和实现步骤,并给出了实验结果。结果表明:在星敏感器转动、尺度变换等情况下,该算法可以正确得到星图识别结果,从而获得星敏感器的姿态信息。     

三角形内切圆的星图识别算法

在三角形三条边长之比及其内切圆半径已知的情况下可以确定唯一的三角形,由此提出了一种基于三角形内切圆的星图识别算法.构建了导航星表,每个导航三角形按照导航星之间的角距升序来存储,构造了能够反映导航三角形三边之间关系的特征量T为索引,存储三角形内切圆半径R为识别量;在星图识别过程中,利用特征量T进行搜索、三角形内切圆半径R...     

自适应指向误差的快速星图识别方法

新疆25 cm望远镜是一台小口径巡天望远镜,用于支撑地球同步轨道（GEO）监测任务。空间物体监测需要依靠快速的光学图像处理技术,采用天文定位方法得到空间物体的赤经-赤纬测量信息。新疆25 cm望远镜具有指向误差较大的问题,严重影响光学图像处理的成功率。本研究分析指向误差对天文定位中星图识别的影响,提出一种改进的以指向搜索为框架的快速星图识别方法,该方法能够自动适应指向误差带来的不利影响。利用新疆南山站25 cm望远镜的图像对该方法进行测试,达到预期效果,验证其有效性和稳定性。     

多视场星敏感器近地轨道自主定位导航方法

传统航天器自主天文导航需要星敏感器、红外地平仪、磁强计等多种敏感器采集导航数据,增加了航天器的成本和复杂度。利用多视场星敏感器的特点,分别对恒星与地球进行成像,在完成姿态测量的同时,得到地心矢量信息,从而进行自主天文导航。首先建立地球几何模型,结合航天器轨道参数与多视场星敏感器的安装布局,实现各个视场内地球边缘的成像模拟,使用Steger 算法提取地球边缘。综合考虑地球扁率的影响,对不同视场中观测到的地球边缘进行拟合得到精确地心矢量,最后进行基于星光角距的直接敏感地平导航仿真。仿真结果表明,在一个视场观测恒星,另外两个视场观测地球边缘的布局情况下,地心矢量精度和导航位置精度分别达到0.017 2（1）和190 m（1）。     

提高星图正确匹配率的新方法

在CCD星敏感器中,快速而可靠的星图识别算法成为星敏感器确定姿态的最关键部分。针对星图识别中误匹配点的存在,提出了一种新的剔除误匹配点的方法—累积偏差法,选取合适的判定阈值对实验数据进行筛选,并结合最小二乘曲面拟合法对实验数据进行误差分析,实验结果表明,采用此方法,可以很好地剔除星图识别中的误匹配点,在赤经(α)和赤纬(δ)方向拟合偏差平均值可达到5.267 2,″星图正确匹配概率大大提高。     

三视场白天测星研究

白天恒星探测最大的困难在于过强的背景辐射,全天时近红外多视场探测系统将三个参数相同的探测器刚性固连在探测平台上,同时进行恒星探测。结合中国地理位置,分析了白天近红外波段三个探测视场内的恒星——背景对比度随太阳天顶角、平台方位角、平台x方向俯仰角,平台y方向俯仰角及平台高度的变化情况。结果表明,随太阳天顶角的变化,对比度近似指数增长;随平台方位角的变化,对比度呈正态分布变化;当平台有一定的倾角时,对比度变化都很低且变化范围不大,但三个视场间相差较大（相差1.5~20倍不等）;随着平台高度的变化,对比度呈指数变化明显增大;为星等修正研究奠定较好的基础。     

用于加速度计基于带隙基准电压源的设计

基准源是加速度计系统中的重要组成部分,随着科技的发展,对加速度计的性能要求越来越高,而基准源的精度直接影响着加速度计的性能。因此,文章在传统带隙电压源的原理基础上提出了一种适用于高精度微加速度计的基准电压源。此基准电压源采用分段线补偿原理,有效降低了温度系数,在很大程度上改善了基准电压源的性能。文中提供的电路采用上华的0．5μmCMOS工艺设计而成。在电源电压为5V的情况下,用Hspice仿真结果表明,该基准电压源产生2．5V的输出电压,低频时基准电压源输出的电源抑制比是一73dB。在．40℃到175℃的温度变化范围内温度系数为7．975×10^-6/℃．     

去除红外图像条带噪声改进算法研究

由于红外焦平面阵列中各探测单元的响应特性不完全一致,导致像元之间存在一定的非均匀性,使红外图像中出现深浅相间的条纹状噪声,这种噪声严重影响了红外图像的质量和解析度。针对红外图像条带噪声的产生机理,在传统距匹配法的基础上,文中从图像灰度均值和方差的角度入手,结合红外图像数据量小、图像内容丰富的特点,将分段多项式拟合和中值预处理的思想分别应用到红外图像条带噪声的消除算法中,得到了改进的多项式拟合滤波法和基于中值预处理的分段拟合滤波法。理论分析和实验结果表明,文中提出的两种算法具有原理简单、实用性强的特点,能够有效地消除红外图像的条带噪声,提高图像信噪比。     

一种星敏感器光学系统标定与引建的新方法

星敏感器以星体映射在CCD像平面上的坐标作为输入信号,信号精度受到光学系统固有误差与CCD像平面安装误差的综合影响。基于恒星参考系的星敏感器光学系统标定与引建方法,无需转台与星模拟器等大型昂贵设备支撑,以天体信标于观测历元时的精确赤道坐标为基础依据,创新性地将星敏感器不可回避的CCD像平面安装误差问题,糅合至光学系统标定过程进行解决,应用简单、方便,经试验验证:标定与引建精度能够达到角秒量级。     

一种无限长时间序列的分段线性拟合算法

时间序列的分段线性拟合（Piecewise Linear Fitting,简称PLF ）是指用K条首尾相邻的线段近似表示长度为L的时间序列。传统的PLF算法依赖于L及领域知识,当L为无穷大时不再适用。本文提出了一种无限长时间序列的分段线性拟合（Infinite Time eries_Piecewice Linear Fitting,简称ITS_PLF）算法,该算法根据关键点保持时间段的统计特性,确定选择关键点的区间范围;若某点的保持时间段不在区间范围,则根据连续三个时间数据之间的夹角与筛选角度之间的关系判断其成为关键点的可能性。实验表明, ITS_PLF算法的执行不依赖于L及领域知识,可以有效识别关键点,并可根据数据压缩率的变化实现自适应拟合。     

一种高精度易扩展的分段线性补偿带隙基准源

提出了一种电路结构简单的分段线性补偿方法.不同分段子区间复用一个PTAT电路架构,通过调节外部增加的较少其它电路参数来实现多个补偿电流,采用该复用方法,增加一次分段区间,仅需增加5个MOS管、一个BJT和一个电阻.与一般的分段线性补偿电路相比,所需的MOS器件和BJT器件大大减少了,易于扩展.将该电路应用于一款Boost升压芯片的带隙基准源中,在-40~120℃的温度区间分三个子区间进行线性补偿,采用JAZZBCD05 2P3M BiCMOS工艺实现,仿真结果表明,在整个温度范围,温漂可达到5.85×10-7/℃,实现了很高的精度.     

一种分段线性补偿的带隙基准

提出了一种采用分段线性补偿的方法来实现高精度带隙基准,其基本原理是将整个温度区间分为若干个子区间,在不同子区间上采用不同线性补偿函数达到最佳补偿.由于温度区间缩小,补偿误差也随之减小,从而在整个工作温度间上的补偿误差也缩小.理论上,只要温度子区间取得足够小,就可以达到任意精度.示例中将-40～120℃的温度区间仅分为三个子区间,平均温度系数就从1.5×10-5/℃减小到2×10-6/℃.     

一种分段线性补偿的带隙基准

提出了一种采用分段线性补偿的方法来实现高精度带隙基准 ,其基本原理是将整个温度区间分为若干个子区间 ,在不同子区间上采用不同线性补偿函数达到最佳补偿 .由于温度区间缩小 ,补偿误差也随之减小 ,从而在整个工作温度区间上的补偿误差也缩小 .理论上 ,只要温度子区间取得足够小 ,就可以达到任意精度 .示例中将 - 4 0～ 1 2 0℃的温度区间仅分为三个子区间 ,平均温度系数就从 1 .5× 1 0 - 5/℃减小到 2× 1 0 - 6 /℃ .