利用仿真星图的星敏感器地面功能测试方法

介绍了一种基于仿真星图的星敏感器地面功能测试方法.该方法对卫星(飞行器)运动轨道和姿态参数及星敏感器的姿态参数进行仿真计算、模拟生成星敏感器在轨状态下的仿真星图.星敏感器以此仿真星图作为测试信号源,通过对仿真星图的处理,实现对星点定位、星图识别、姿态计算等功能的全面测试.为简化电路设计,该方法选用星敏感器现有接口作为通讯接口.为满足功能测试的实时性需求,采取局部更新的手段来减少星图传输数据量.实验表明,该方法能对星敏感器电子部件的功能进行有效验证,在使用RS232接口、波特率设置为115 200 bps的情况下,可以实现20 Hz数据更新率的测试.该方法实现简单、通用性强且不依赖其他外部设备,可以满足航天环境试验和整星联调阶段的功能测试任务要求.     

一种折射星图的模拟方法

星光折射法是一种很有发展前途的导航方法。由于航天实验费用巨大,往往不可能进行实时的星空拍摄。为解决这个问题,文中提出了一种折射星的模拟方法,该方法结合大气折射模型和星光折射几何方程来计算星光折射角,进而得到折射星的赤经和赤纬。再利用星图模拟方法就可以模拟折射星在星敏感器像平面的位置,而且能够根据实际情况考虑星敏感器噪声、环境噪声的影响,仿真结果验证了本方法的正确行和实用性。     

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。     

适用于星敏感器的星跟踪算法研究

为了解决全天球识别中星像坐标提取速度慢的问题,提高空间飞行器姿态确定的实时性,提出了一种新的星跟踪算法.该算法根据星敏感器在一次全天球识别后能够获得一定先验信息的特点,利用星敏感器在上一时刻采集的星图中已识别观测星的信息来获取星敏感器下一时刻采集的星图中待识别观测星的信息.仿真结果表明该算法不但提高了星像坐标提取的速度.也由此提高了星敏感器的姿态更新率,从而避免了由于全天球识别导致的误匹配.     

基于CMOS星图成像的计算机模拟

星识别算法是空间飞行器自主姿态确定系统的核心部分。而星图作为算法的操作对象及验证工具，在评估各种算法以及软件调试中都有很重要的意义。本文介绍一种利用计算机模拟CMOS拍摄的星图的方法。     

基于DSP的漂移扫描CCD星图快速识别

为了提高漂移扫描CCD的识别速度,实现同步 卫星实时定轨,提出基于数字信号处理器(DSP,digital signal processor)的星图快速识 别算法。在嵌入式DSP数据处理 平台上优化传统的三角形识别算法,采用二次匹配识别算法,即分区间筛选子星表中参考星 参与初匹配,利用初匹配结果推算CCD底片模型,根据背景恒星与子星表参考星的对应关 系将所有恒星进行二次匹配。对分辨率为1528×1528实拍星图的实验处理结果表明,由于引 入了DSP与改进了识别算法,在很大程度上加快了漂移扫描CCD星图识别速度,所耗时间 仅为传统星图识别算法的50%,且识别成功率达到98.4%。     

一种基于高精度CCD的星敏感器系统设计

CCD作为实时、高精度姿态测量部件,对空间飞行器的姿控、导航、定位具有重要意义。本文对CCD星敏感器遮光罩、光学系统、电路系统硬件及导航星库制定、星图识别、姿态计算软件算法等星敏感器技术实现进行了系统阐述,并提出星敏感器系统设计方案。经实验室静、动态检验和观星检验,该系统可以满足卫星姿轨控系统提出的精度要求。     

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。     

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。     

星图目标检测算法研究

星图识别是星光辅助导航中关键的一步.目前大部分星图目标检测算法均针对模拟星空图进行研究,且往往采用单一算法,算法的实际可行性和效果值得怀疑.针对实际拍摄的星空图,先后利用维纳滤波、数学形态学滤波、软阈值小波去噪和阈值分割等算法进行星图目标检测.处理结果表明了算法的有效性.     

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。     

一种机载天文导航星图模拟的实现方法

星图模拟是研究机载天文导航的关键技术之一.通过分析近些年国内外天文导航技术研究方面的资料,结合机载条件下的实际运行环境、天文导航基本原理和成像的主要影响因素,改进了CCD星敏感器的光轴指向、视场范围和观测星的确定方法,对星体成像位置和灰度的确定方法及背景光和曝光时间对成像效果的影响进行了优化,并建立了相应的模型.最后运用Matlab编程生成了所需星图,为进一步研究机载天文导航技术打下了基础.     

星图中亮线的自动检测算法

对于星空观测CCD图像,当有高亮度恒星经过视场时,高亮度恒星成像使得CCD的读出电路电压过高,同一行(或列)像素厌度值偏高,图像中会形成过恒星中心的亮线.由于亮线和目标运动轨迹性质相似,对目标检测和识别的干扰较大,必须进行滤除.在对星图成像性质进行分析的基础上,提出了一种星图亮线的自动去除算法.利用恒星成像的频域各向同性性质和Fourier变换的自配准性质对亮线进行检测,并分别在空域和频域对亮线进行滤除.对三组观测星空序列图像(每组60帧)进行实验分析,结果表明均能成功地检测出星图中是否存在亮线.     

基于恒星识别的微型航天器自主导航技术研究

在分析了现代星敏感器的姿态测量精度影响因素的基础上,针对软件程序中最为费时的两个过程:星图获取和星图识别进行了研究.分别提出了高效可靠的星图获取新策略,即将基于小面模型和极值理论的最大极值点的估计算法和基于单一特征值的检索的新三角形星图识别算法.新的星图提取技术易于硬件实现,适应性强,效率高.而新的星图识别技术则能与矢量技术结合进一步改进效率.它们对提高航天器自主导航系统的性能有重要的意义.     

一种改进的基于奇异值分解的星图识别算法

星敏感器是高精度的姿态测量部件,在各种航天、航空飞行器的姿态测量或控制系统中发挥着关键作用。作为星敏感器的核心技术,可靠、快速和高精度的星图识别算法一直是重要的研究课题。论文对星图识别算法进行研究。针对基于奇异值分解的星图识别算法可能出现的由于视轴不连续所造成的全天区覆盖率较低问题,提出了一种改进的基于奇异值分解的星图识别算法,详细阐述了各部分算法的设计思想。论文最后在JDK5.0开发环境中用JAVA语言实现了改进算法,并与传统的三角形算法的性能进行了比较详尽的对比。     

基于FPGA+ARM的液晶光阀驱动控制系统设计

利用液晶光阀实现星图模拟,为星敏感器提供星图导航,在星敏感器地面功能验证方面得到广泛应用。采用现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）+ARM架构设计一套液晶光阀驱动控制系统,采用数字视频接口（Digital Visual Interface,DVI）及视频解码技术、DDR2 SDRAM乒乓操作技术、并行D/A转换技术保证星图高刷新率下的显示。同时采用过驱动技术,改善动态星模拟器高刷新率引起的运动伪像。系统可实现2 048×1 556@60 Hz的液晶光阀星图显示,保证动态星模拟器星图刷新时间小于50 ms的要求,为高分辨率、高刷新率的动态星模拟器星图显示设备研制提供技术支持。     

一种多主星模型的多视场星图识别方法

甚高精度星敏感器往往需要小视场、大面阵以确保较高的角分辨率,然而视场小容易导致星图识别可靠性降低.针对多视场甚高精度星敏感器,本文提出了一种多主星模型的多视场星图识别方法.该方法首先以某一视场星敏感器为基准,利用星敏感器之间的相对安装关系,将其他视场星敏感器探测到的星点转换到基准坐标系下的矢量,然后在每个视场中各自确定...     

基于可分离模糊核的复合运动模糊星图建模与仿真

在采用天文光学自主导航方式进行深空探测时,导航星的视星等高,为获取清晰的星图,星敏感器焦距长、曝光时间长,同时受探测器多种运动复合的影响,星图易产生模糊拖尾现象,很难用基于硬件的常规方法有效复原。研究复合运动模糊星图的建模方法,可揭示星敏感器与导航星的真实相对运动对星图像质的影响规律,从而用软件算法复原高像质星图,提高星敏感器的动态性能。由于缺乏确定的参数模型,复合运动模糊星图建模难度较大。提出了一种基于可分离模糊核的复合运动模糊星图建模的新方法,研究星敏感器角运动和角振动对成像的影响,并与常用的分步模糊方法比较。仿真表明:基于可分离模糊核方法的仿真星图更符合星敏感器实际运动对星图退化的影响;星敏感器的复合运动特别是旋转运动对质心提取效果具有显著影响,严重时会导致星敏感器无法定姿。     

基于惯性比特征的三角形星图识别算法

为了提高星敏感器的星图识别性能,提出了一种基于惯性比特征的三角形星图识别算法。该算法将导航三角形的形心惯性比和导航三角形最长边的角距值作为匹配特征量,并以此构建导航特征库,采用散列函数的方式搜索导航特征库。由于将三角形特征量的维数由三维缩减至二维,该算法具有导航星数据库容量小、搜索匹配速度快的优点。仿真实验表明,在星点位置噪声标准偏差为2像素、星等噪声标准偏差为0.8等的条件下,该算法的识别率均在99%以上,平均识别时间约为1.29ms,和现有三角形算法相比均具有一定的优势。并在地面观星实验中,取得了非常好的效果。     

采用扩展外部编程方法优化设计APS星敏感器光学系统

星敏感器是目前精度最高的姿态测量仪器,光学系统是其重要的组成部分.首先介绍星敏感器的工作原理.讨论星图识别过程中星像位置提取算法和星图识别算法.剖析光学系统的像差校正、成像特性要求.基于特殊的像质要求,兼顾优化速度,提出运用ZEMAX扩展外部编程以约束光线的优化设计方案.通过编写外部约束条件程序,使用动态数据交换技术实现外部程序和ZEMAX软件的通信,达到星敏感器光学系统的优化设计的目的.然后针对设计指标焦距f=43.56 mm,入瞳直径D=27.3 mm,全视场角为20°的APS星敏感器光学系统,采用该方案优化设计.得到的星敏感器光学系统,所有光学面都是球面,材料选用普通玻璃,具有像方远心的特点,系统成像质量满足星图识别要求.仿真表明:运用ZEMAX扩展外部编程优化设计星敏感器光学系统的方案快速有效.