基于星图匹配的导弹初始定位定向方法研究

论述了星敏感器捷联在弹体上,采用星图匹配技术修正导弹初始定位、定向的原理。提出了一种适用于星光制导的凸多边形算法,简化了弹载星表。由星敏感器视场中的星图,可生成唯一的最大凸多边形,基于凸多边形的星图识别算法可同时获得多颗星的瞬时位置,由此可获得弹体在赤道惯性系和发射点惯性系中的姿态及其关系。最后导出导弹初始定位、定向误差的数学表达式。仿真结果表明该方法的有效性。     

全天球地面动态星模拟器算法研究

为了对星敏感器的软件开发以及自身性能进行地面测试,提出了一种动态的全天球星图模拟算法。该算法可以为星敏感器提供任一时刻,任一惯性坐标系指向下的模拟星图。提出了一种新的天区划分方法,采用分区检索的方法选取导航星,可以大大提高星模拟器星图更新频率。分析了星点成像模型,使得仿真出来的星图更接近真实情况。充分考虑了星云星团、月光、太阳光等干扰进入星敏感器视场的情况,并采用蒙特卡罗方法,让这些干扰情况随机出现在模拟星图中,可以更好的测试星敏感器软件的鲁棒性。     

天文导航系统半物理仿真研究

由于航天实验费用大,为测试星敏感器性能和星图识别算法,需在地面构建天文导航半物理仿真试验平台。从检验星敏感器性能、加快其样机研制周期、降低成本、提高效率的目的出发,设计构建了一个实用性强的天文导航半物理仿真系统;着重介绍了此系统的组成、结构和各模块的功能;叙述了系统的实现方法和相关性能指标。它具有一定的灵活性和可扩展性。最后利用所构建的半物理仿真系统,对星图识别算法和星敏感器性能进行了静态和动态的试验。试验结果显示该系统满足和达到了规定的性能指标。     

卫星星敏感器视场建模与仿真研究

卫星在运行过程中,星敏感器视场若受到太阳光、月球反射光等杂散光影响,将会大大降低星敏感器指向精度。通过调用卫星工具包STK(SatelliteToolKit)高精度轨道预报模块与高级分析模块,利用STK\Matlab无缝接口与Matlab进行数据交互,建立了星敏感器视场分析模型,并完成了杂散光进入星敏感器视场可视化仿真。研究方法和仿真结果对于星敏感器的工程设计、提高星敏感器精度及准确性具有一定的借鉴意义。     

星图识别的剖分算法

为了提高星敏感器的测量速度和精度,在星图识别中首次采用了在地球物理地质建模中有着广泛应用的剖分算法。利用这一算法进行星图的匹配识别,仿真实验结果表明与现有的星图识别算法相比,此算法具有高的识别率,良好的实时性和鲁棒性,且所需导航星库的容量小,检索速度快。     

基于星敏感器的最小二乘估计自主定轨方法

基于星敏感器的航天器自主定轨,不同于基于GPS和跟踪与数据中继卫星系统的自主定轨,它是采用星敏感器对背景恒星的观测资料进行定轨.使用第一类无奇点根数状态微分方程,利用星敏感嚣视场中的多个恒星以及底片坐标,计算视场中心天球坐标的最优估计值,从而建立条件方程,采用最小二乘估计快速确定航天器的轨道.这种方法可以彻底摆脱航天器定轨对地面测控设备的依赖,实现真正的自主定轨.该方法的实现大大降低了航天任务的成本,同时,可缓解地面测控资源的紧张和冲突问题.     

基于光线跟踪的星敏感器视场仿真分析

星敏感器是航天器高精度姿态测量的重要部件,随着航天器结构的日益复杂,为了保证星敏感器正常工作条件,在航天器设计初期就需要考虑其视景有效性。如何对在轨运行时的星敏感器视景有效性进行分析成为亟待解决的问题。传统的试验测试对在轨星敏感器视景分析往往达不到实际要求。为此构建虚拟仿真平台,通过仿真航天器、星体等构建一个在轨运行环境,进而利用光线跟踪方法进行星敏感器视场光照分析、碰撞检测方法进行星敏感器视场遮挡分析。展示的仿真结果表明光线跟踪方法和碰撞检测方法运用的合理性和有效性。     

基于星联合分布的星图识别

针对栅格类算法中难以合适选取栅格尺寸的缺点,设计了将星图划分为多个多边形的划分方法,使星图中所有星都位于与其唯一对应的多边形中,提取多边形几何特征,对导航星库和观测星图的特征模式进行匹配。根据仿真数据进行验证,表明这一方法避免了栅格类算法中可能使多颗星位于同一栅格中的现象,同时也克服了栅格类算法不能正确选取定位星进而使星图识别失败的缺点,有效提升了星图识别的准确度。     

全天时多视场星图仿真的设计与实现

为了对大气层内全天时短波红外三视场天文导航系统的软件开发及功能和性能测试,提出了一种全天时三视场星图仿真算法.该算法为本天文导航系统提供任一时刻、任一指向下的仿真星图.短波红外2MASS星表数据量巨大,为此,采取了分区检索视场恒星的方法.为了使仿真星图更接近真实情况,研究并分析三视场天空背景辐射及三视场恒星——背景对比度;建立了星点成像模型和系统噪声模型.充分考虑了同一时刻、不同视场间背景辐射的变化情况,采用蒙特卡罗方法随机产生平台姿态,以便更好的测试恒星检测与识别算法的鲁棒性.     

极值分析下基于位置矩阵的质心定位方法

为以使星敏感器在复杂工况下依旧能获得高精度的星点质心位置,提出一种极值分析下基于位置矩阵的质心定位方法。首先, 提出极值分析下的星点弥散区域粗提取算法, 对去噪后的星图进行星点局部区域限定。接着, 提出基于位置矩阵的线段编码标记法对星点弥散区域进行精提取。最后, 利用星点区域像素信息估计出高斯曲面参数以得到星点精确的质心坐标。仿真结果表明, 星图噪声标准差处于2的水平时, 所提方法可以使星点质心定位精度达到0.070 4 pixel, 且在星图噪声标准差处于12的水平时, 仍具有90.03%的高星点提取成功率。     

基于星敏感器的像移补偿技术

星敏感器在大角速度转动时引起的星像降质不能忽略,采用了3种技术以补偿、消除这种影响。首先,用姿态估计和共线方程预测星像块中心位置和长度。其次,挑选视场内6~8个较亮的星像块,以预测的星像块位置为搜索起始点,块匹配算法可快速获得像素量级的像移,建立像移模型。同时,对相邻帧匹配的星像块的输出相加以提高信噪比。采用以上两项技术后,只需处理星图像中很少一部分像素,从而保证了实时性。最后,采用空间域像移补偿法,根据运动模糊的逆过程直接进行补偿,并给出了仿真结果。     

基于运动信息的星图中空间目标检测算法

为了对空间目标进行精确定位与跟踪,建立目标运动轨迹,对基于运动信息的星图中空间目标检测算法进行了研究。首先,基于空域目标能量累积的方法提高目标信噪比,增大弱小目标被分割出来的概率。然后,根据相邻两帧星图中恒星相对位置不变性提取星图控制点,并根据控制点坐标求取全局运动参数。然后,根据分割出的星点与控制点的位置关系,将恒星与潜在目标分类。接下来,利用3帧最近邻关联法粗检测目标,并利用多帧前后向搜索法滤除虚假目标。最后将序列星图中所有目标编号,建立起目标的轨迹针对4组实拍星图的实验结果表明：所有目标的运动轨迹全部建立,检测到目标的最小平均信噪比为2.99,目标最小平均运动速度2.47 pixel/frame,最大平均运动速度12.72 pixel/frame。本文算法基本满足星图中空间目标检测的检测概率高、虚警少和轨迹定位精度高等要求。     

基于并行单星约束的导航抗干扰研究

在全球定位系统中使用空时自适应处理算法可以增强接收机的抗干扰性能,为防止算法对卫星信号的衰减,可通过约束条件对卫星信号进行保护,传统的单星约束可以保证每颗卫星输出信噪比最大,但运算量很大。虽然多星约束可以使所有卫星的综合输出性能最优,且减少了运算量,但无法保证单颗卫星的输出信噪比性能。对空时自适应处理算法进行了合理简化,提出了并行单星约束算法,与多星约束相比,所提算法不仅运算量更小,还可保证每颗卫星输出信噪比最大。仿真结果表明,所提算法在对干扰信号进行抑制的同时,有效地实现了对多颗卫星信号的保护。     

基于小区域滤波的快速星图弱小目标分割算法

时间序列帧星空图像中弱小目标的检测是天基监视地球同步轨道卫星需要解决的关键技术之一,星图中的背景杂波抑制与小目标分割对运动目标的检测与精确测量是至关重要的。针对这一问题,提出了一种基于小区域滤波的快速星图弱小目标分割算法。首先采用最小二乘拟合方法得到高斯背景均值和标准差;然后利用小区域滤波抑制背景杂波;最后利用固定阈值滤除灰度过小像素点。实验结果表明,该算法能够较好地保持恒星和运动目标的边缘,为恒星和运动目标的快速定位奠定了基础。     

基于规范化线性滤波器的漂移扫描恒星抑制

针对漂移扫描星图中大量恒星星像对小目标检测产生干扰的问题,提出了一种自适应的线性滤波方法,通过抑制恒星星像实现对小目标的检测。首先,在分析恒星、感兴趣目标和噪声三者特征的基础上,构造规范化线性滤波器对星图进行滤波,扩大不同亮度恒星和小目标星像的灰度对比度,并构造梯度线性滤波器自适应地抑制恒星星像。其次,通过理论分析,给出了滤波器参数的选择策略。最后,比较不同方法对实际数据处理的实验结果,表明所提方法对不同长度和倾斜角度的恒星星像都具有较好的抑制效果,易于应用实现。     

基于模糊决策的快速星图识别

空间碎片问题日益严重, 需要对其进行常态化监测。光学观测作为重要的监测手段, 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碎片的赤经-赤纬测量信息。星图识别是天文定位的关键步骤, 直接影响着图像处理的速度和结果精度。本文提出了一种改进的基于模糊决策的快速星图识别方法, 在保持快速处理的情况下提高了星表匹配的准确性。利用新疆南山站25 cm望远镜的图像对该方法进行了测试, 取得了良好的效果, 证明了算法的有效性和稳定性。     

星结构最优化系统集成

以企业的销售服务系统和城市消防系统两个事例为背景，从最坏情形角度构造了星型结构的最优化系统集成的数学模型，并给出了求解模型的算法．通过对模型时间复杂度的证明，得出了该算法的计算时间复杂性是输入点个数n的指数函数，同时提出了从最小权角度解决星型结构的最优化系统集成的另一种思想，为选址、布局及合并集成等规划管理问题提供了优化解决方法．