基于恒星敏感器的星识别方法研究

论文摘要

高精度姿态测量系统是各类型航天器完成特定航天飞行任务的重要保证。获取航天器飞行过程中各类姿态信息的系统统称为姿态测量系统或姿态敏感器。根据不同原理和测量方式,研究人员开发了多种姿态敏感器,目前主要有:地球敏感器、太阳敏感器、磁强计、陀螺仪和星敏感器。相比较于其他类型姿态敏感器,星敏感器具有测量精度高、重量轻、功耗低、无漂移和工作方式多样等优点,同时新一代星敏感器与惯性陀螺一样具有自主导航能力,从而使无陀螺航天器姿态确定系统成为可能。星敏感器是一种应用前景广阔的姿态敏感器。在星敏感器研究中,星识别软件算法是其关键技术之一。本学位论文从星敏感器软件算法整体结构出发,对各部分进行了系统分析和实现。在此基础上对星识别算法进行了深入研究,以实现大幅提高星敏感器识别成功率和更新频率的目的。本论文主要完成以下工作:(1)对全天球识别模式进行了分析和实现,在此基础上改进并完善了三角形识别算法,在保证识别时间不大幅增加的情况下,大幅提高了星识别成功率,达到98.5%。(2)在全天球识别模式基础上,实现了基于星跟踪模式的星图提取和星识别,使得识别成功率和运算速度都大大提高(识别时间约0.04秒),同时该方法显著提高了软件系统的抗干扰能力和稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 星敏感器概述
• 1.2.1 星敏感器工作原理
• 1.2.2 星敏感器主要技术指标
• 1.2.3 星敏感器国内外发展现状
• 1.2.4 星敏感器发展方向
• 1.3 星识别算法国内外发展现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 星敏感器软件算法基础
• 2.1 星敏感器软件总体结构
• 2.2 天球
• 2.3 坐标系以及坐标转换
• 2.3.1 基本坐标系
• 2.3.2 坐标转换以及姿态表示方法
• 2.4 星表分析与处理
• 2.4.1 基本星表分析
• 2.4.2 导航星选取
• 2.5 星敏感器星点坐标提取
• 2.6 本章小结
• 第3章 星识别算法理论分析与实现
• 3.1 引言
• 3.2 典型的星识别算法
• 3.2.1 匹配组算法
• 3.2.2 网格算法
• 3.2.3 奇异值分解算法
• 3.2.4 神经网络算法
• 3.2.5 遗传算法
• 3.3 全天区三角形星识别算法实现与分析
• 3.3.1 三角形识别算法基本原理及特点
• 3.3.2 导航星库建立
• 3.3.3 三角形算法的改进
• 3.3.4 算法实现
• 3.4 星跟踪识别算法
• 3.4.1 星跟踪原理和实现
• 3.4.2 星点预测算法研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 姿态确定方法分析与实现
• 4.1 引言
• 4.2 姿态确定算法原理
• 4.3 算法实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验结果与分析
• 5.1 识别成功率测试
• 5.1.1 全天区识别成功率测试
• 5.1.2 跟踪模式识别成功率测试
• 5.2 更新频率测试
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢