基于CCD星敏感器的星图模拟和导航星提取的方法研究

论文题目: 基于CCD星敏感器的星图模拟和导航星提取的方法研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 模式识别与智能系统

作者: 欧阳桦

导师: 张钧,田金文

关键词: 星敏感器,星图模拟,星图提取,星云星团,几何畸变,运动模糊,高通滤波,动态阈值

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着小卫星应用技术的日趋成熟,测量精度高的CCD 星敏感器备受青睐,快速而可靠的星图识别算法成为姿态确定系统中最为关键的部分。由于航天实验费用昂贵,星敏感器的地面调试、软件算法的最初模拟,不可能都进行实时星空拍摄,因此为了调试和评价星图识别算法,有必要利用计算机在地面上模拟生成星敏感器实时拍摄到的星空图片。目前,大量的研究集中在星图识别算法上,而对星图模拟和星图提取的研究相对少的多。因此,本文的研究工作主要是星图模拟和星图提取两方面。首先,介绍了国内外关于星图模拟和星图中星的提取的现状。对模拟星图进行了较为深入的理论分析,包括以下几个部分:由天球坐标向CCD 平面坐标的转换; 星等到灰度的变换; 几种散焦模型的讨论; 星云星团对星图的影响; 成像过程中对星图产生影响的多个因素,如宇宙背景的辐射,CCD 器件本身的转移噪声、输出噪声、暗电流噪声和散粒噪声; 图像经过成像系统产生的几何畸变及运动模糊等。在具体实现过程中,根据“星等每降低一等,亮度增加为前一星等的2.51 倍”这一关系,构造了星等到灰度变换的表达式; 对模拟参数进行了详细设置并给出了仿真结果; 对星云星团进行模拟并给出了仿真结果; 结合实际卫星的参数和设定的星图间隔时间,讨论是否产生运动模糊这一问题,并给出了有运动模糊的仿真结果; 除了单幅星图的模拟外,也通过轨道公式得到序列星图的模拟过程。另外,在分析星图中的星所成的像和红外小目标图像中的小目标所成的像的共性的基础上,提出了一种将高通滤波和动态阈值相结合的星图中星的提取方法,来完成星图处理过程中较为耗时的星图提取工作。即高通滤波后先采用动态阈值提取图像的候选点,由于虚假目标太多,再通过最低动态阈值对候选点进行二次提取。仿真结果表明:这种方法与矢量法相比,当不给星图加背景噪声时,两种方法提取精度相当。一旦给星图加上噪声,矢量法的提取精度迅速下降,提出的方法的提取精度远远高于矢量法,而提取时间却与矢量法相差无几。因此提出的方法表现出较强的抗噪能力。

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 基于CCD 星敏感器的天文导航系统

2.1 天文导航概述

2.2 天文导航基本原理

2.3 CCD 星敏感器

2.4 姿态位置的计算

2.5 系统软件流程

2.6 系统精度分析

2.7 本章小结

3 星图模拟的理论分析

3.1 由天球坐标向CCD 平面坐标的转换

3.2 星等到灰度的变换

3.3 点扩展函数PSF(Point Spread Function)模型

3.4 星云星团

3.5 宇宙背景噪声

3.6 CCD 器件本身的噪声

3.7 图像几何畸变

3.8 运动模糊

3.9 序列星图的模拟

3.10 本章小结

4 模拟参数的设置及具体实现

4.1 参考星库的制备

4.2 星等亮度的变化

4.3 星等到灰度的变换表达式

4.4 视场位置的判断

4.5 模拟参数的设定

4.6 星云星团的模拟

4.7 运动模糊的模拟

4.8 本章小结

5 一种星图中星的提取方法

5.1 星图中的星所成的像和红外小目标图像中的小目标所成的像的共性

5.2 基于高通滤波和动态阈值的星图提取算法

5.3 提取方法性能评价

5.4 仿真结果及分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文的研究工作

6.2 本文的创新之处

6.3 进一步研究展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文目录

发布时间: 2006-04-05

参考文献

• [1].CCD星敏感器星图识别算法研究[D]. 周斌.哈尔滨工业大学2007
• [2].CCD天文观测图像的星图识别和天文定位方法研究[D]. 刘美莹.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)2010
• [3].基于CCD星敏感器的动态星图模拟器设计[D]. 李灏.哈尔滨工程大学2015
• [4].基于FPGA的CCD星敏感器星图预处理[D]. 李爽.哈尔滨工业大学2007
• [5].基于CCD星敏感器的星图识别[D]. 聂侥.国防科学技术大学2012
• [6].CCD星敏感器关键技术的研究[D]. 刘鹏.哈尔滨工业大学2012
• [7].CCD星敏感器电路设计研究[D]. 钟建勇.电子科技大学2008
• [8].基于FPGA的全高清高速CCD航空相机的研究[D]. 伍凌帆.云南师范大学2013
• [9].基于线阵CCD的飞行目标章动角测试技术研究[D]. 王小力.西安工业大学2011
• [10].三线阵CCD相机偏流角补偿研究[D]. 曹正礼.哈尔滨工业大学2007

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