适用于嵌入式星敏感器的导航星定位算法研究

介绍了星敏感器的基本工作原理,分析了恒星能量在星图的分布特点,结合星图的特点提出了嵌入式星敏感器导航星点识别定位方法。按照处理顺序,阐述了导航星阈值确定、连通性分析和内插细分等其中各步骤算法。并用星敏感器通过导航星角距标定新方法对该方法进行了定位精度检测,取得了较为满意的结果。     

一种基于天体运动学的星敏感器精度测量方法

星敏感器是目前应用在航天飞行器中精度最高的姿态测量器件,因此其精度的标定显得尤为重要。该文提出了一种基于天体运动学规律的星敏感器精度测量方法,利用地球自转的精密性,将星敏感器与地球固连,对天顶邻域拍摄星图。同时将存储在星敏感器内的导航星表由J2000.0坐标系在考虑恒星自行、岁差、章动及地球自转影响后变换到地固坐标系,经过星点提取、星图识别和姿态解算,得到星敏感器俯仰、偏航和滚转三轴在地固坐标系中的变化,根据统计规律得出星敏感器的指向精度和滚转精度。该测量方法方便易实施,可以避免传统测试方法操作复杂、需要精密转台和星模拟器的困扰,测量精度满足星敏感器要求,具有准确性和真实性。     

一种基于星敏感器的自主导航方法

由于惯性器件存在漂移,很难进一步提高采用惯性设备提供水平基准来实现星敏感器自主导航精度;而由于大气模型不精确,很难进一步提高利用星光折射来实现星敏感器自主导航的精度。为此,本文提出根据星敏感器的识别结果以及激光水平测量部件分别测量星敏感器的两个像平面轴来实现星敏感器自主导航。外场实验结果表明:采用本文的方法来实现星敏感器自主导航不仅能为载体提供角秒级精度的三轴姿态,而且能为载体提供角秒级的载体经度和纬度,所以该系统为载体提供了高精度的导航信息。     

一种基于模式匹配的自主星图识别算法

为便于星光定姿系统在线应用,提出了一种新的基于模式匹配的自主星图识别算法. 该算法首先建立了一种新的星模式描述方法,然后用该模式描述方法建立观测星的模式和导航星模式数据库,最后通过观测星模式与导航星模式数据库进行匹配,完成星图识别. 试验结果表明,该星图识别算法与传统的算法相比,对观测位置误差具有更好的适应能力,需要的存储空间更少,计算速度更快.      

一种利用星敏感器的卫星自主定轨方法

研究了一种利用星敏感器的自主定轨方法，通过建立较为完善的仿真模型，包括卫星的姿态运动仿真以及对背景恒星的观测仿真等，进行了这种自主定轨方法的模拟计算，证实了该方法的可行性，并对星敏感器在星体坐标系中的取向与自主定轨精度的关系进行了理论和计算分析．     

星敏感器技术在射电望远镜指向测量中的应用

大型射电望远镜指向精度要求高,但自身跨度大易变形,其指向性能会受多种因素影响.且大型射电望远镜惯性较大,传统的波束扫描方式进行指向测量耗时较多,难以快速地进行.通过辅助设备精确地测量中心体的方向可以对上述测量和改正问题进行分解研究,可降低问题的复杂度且提高指向测量的效率.星敏感器技术可以通过对星图的拍摄和处理,以几赫兹的频率获得亚角秒精度的指向参数,能较好地满足中心体方向测量的要求.本文阐述了星敏感器辅助测量射电望远镜指向的原理,介绍了数个射电望远镜使用星敏感器技术开展的观测和测试情况,并对在大型射电望远镜上搭建低成本星敏感器系统进行了一定的探讨.     

星敏感器中的图像预处理技术

详细论述了星敏感器中的图像预处理技术.分析比较了星图的噪声和信号的不同特点,并给出了星像光斑灰度分布的数学模型;在恒虚警率条件下,确定了恰当的图像二值化阈值;采用质心法和其改进算法求恒星的质心位置,提高了精度;采用子窗口技术,提高星敏感器的动态性.     

基于数字化天顶摄影仪的星图识别方法改进

针对数字化天顶摄影仪的传统星图识别方法存在未考虑精调平状态下的小倾角,数据拟合模型参数解算不准确导致出现识别结果不准确的问题,对传统星图识别方法进行了改进。首先依据数字化天顶摄影仪的成像原理,构建了八参数数据拟合模型,消除了实际拍摄过程中小倾角带来的影响,提高了数据拟合的准确性;其次引入稳健估计原理,采用稳健加权总体最小二乘法解算模型的参数,抑制粗大误差对参数解的影响,更加彻底地剔除了粗差星。实验结果表明：采用改进后的星图识别方法可有提高星图识别的准确性,使数字化天顶摄影仪的定位精度提高了约3.3m。     

基于陆标敏感器对星敏感器在轨标定算法研究

基于陆标敏感器,针对星敏感器系统常值误差进行了在轨标定算法研究.利用陆标敏感器经图像匹配识别得到一系列特征点坐标,与基准图像相应特征点坐标经过比较,将最小二乘最优估计值作为量测,应用卡尔曼滤波算法,设计了星敏感器在轨标定模型,并进行了数学仿真,仿真结果表明该算法可以在轨准确标定出星敏感器系统常值误差.     

基于星敏感器的卫星瞬时姿态计算方法

在分析星敏感器姿态测量原理的基础上，给出了利用方程组进行姿态计算和平差的方法并予以实现，且对仿真结果进行了分析。结果表明，该方法具有较快的计算速度(0.1ms以下)，参与计算的星为5—8颗时满足星敏感器的精度要求，基于星敏感器的卫星瞬时姿态计算方法可以在实际中应用。     

Brightness Independent 4-Star Matching Algorithm for Lost-in-Space 3-Axis Attitude Acquisition

Introduction Star referencing gives the highest accuracy for space- craft attitude determination. Such instruments are known as star trackers or star sensors[1]. The fourth generation star trackers, charge-coupled device (CCD)- based autonomous star track…     

喷印机器人工具坐标系标定

提出一种利用激光跟踪仪标定机器人工具坐标系的方法。利用激光跟踪仪确定机器人的基坐标系,将机器人基坐标系与激光跟踪仪的测量坐标系统一。通过机器人运动学方程获得机器人末端连杆坐标系相对基坐标系的变换关系,利用激光跟踪仪测量拟合得到机器人工具坐标系,利用坐标变换初步确定机器人工具参数。通过机器人单轴旋转运动对工具坐标系原点进行修正,最终确定工具参数。最后通过机器人重定位运动对误差进行计算。实验结果表明,修正后x,y,z坐标的RMS(root mean square,均方根)误差分别为0.127 1,0.141 3和0.117 4mm,精度是修正前的2.5倍。     

大视场多视觉传感器测量系统的全局标定方法

研究了姿态测量系统中多视觉传感器在大视场条件下的标定技术.提出了一种基于激光跟踪仪的多视觉测量系统的全局标定法.利用激光跟踪仪在现场构建系统总体坐标系.通过对测量系统中的屏幕扫描拟合基准面作为标定板,然后在其表面设置标定点,并精确测定共面标定点位置.针对一阶径向畸变的摄像机模型,分步标定各参数,且全部采用线性方法求解,避免了非线性优化中的不稳定性.通过坐标反求的方法应用贝塞尔公式计算标准差.实验结果表明,在8000mm×6000mm范围内可以得到0.47mm的测量精度.可以满足多视觉测量系统的总体测量精度要求.     

基于视觉的六自由度机械臂运动学参数辨识

提出一种新型低成本的基于单目视觉的机器人末端位姿测量方法,设计并实现了六自由度机械臂的运动学参数辨识。采用分级测量方法和标定板绝对编码方法,解决了当前视觉测量过程中测量范围小、测量精度受相机畸变影响大等问题;使用基于位置误差的运动学参数辨识模型和单目视觉测量系统,简化了机器人的标定过程。最后,通过实验验证了方案的实用性和有效性。     

二维精简索引分层导航星库的构造

提出二维精简索引分层导航星库的构造方法。该方法把导航星分为局域亮性和局域暗星，以局域亮星为主构造星三角形，从而减少了存储三角形的数量；对星三角形进行二维精简索引，以提高检索效率、节约比对时间；通过参数的不同选择，可以转换为其他类型的导航星库。二维精简索引分层导航星库与分层星识别方法相配合，具有存储空间较少、识别速度较快的优点，适用于视场较大、探测星等较低的第2代星敏感器。     

光电经纬仪星校航向技术研究

为解决远洋测量船在海上缺少精度校准目标的问题，就光电经纬仪采用海上跟踪恒星的方式，从选星、引星和数据解算 3 个方面对远洋测量船上惯性导航设备提供的航向数据校准的相关技术进行了分析研究，并基于现有条件和技术提出一种结合正弦波拟合方式对船摇数据进行滤波和外推的算法。该算法通过对船摇数据进行抛物线差值细分，再经过最小二乘法获得正弦曲线拟合参数。在随“远望”号测量船出海期间对此方法进行了验证，实验结果证明该方法可有效提高船摇隔离度、增强空间目标跟踪能力，且在解算航向误差时具有较高的准确性和一致性。