天基大视场望远镜内方位元素在轨定标技术研究

论文摘要

太空已成为目前各国激烈竞争的领域,为了应对来自太空的威胁,我们必须对所有在轨目标进行全面监视,天基大视场望远镜作为空间监视的重要载荷有着不可或缺的作用。由于发射时的冲击和震动,以及在轨时恶劣太空环境的影响,天基大视场望远镜在轨后的内方位元素会相对于地面标定时发生了一定的变化,从而影响在轨测量的精度,因此针对天基大视场望远镜内方位元素的在轨标定有着重要的意义。本文将对天基大视场望远镜内方位元素的在轨标定展开探索性研究,主要研究分析了星点的亚像素细分及星图模拟技术,星图预处理及标定星点的筛选过程,以及内方位元素在轨标定算法。本文通过调研国内外文献对天基大视场望远镜工作原理进行了分析,在此基础上,建立了天基大视场望远镜的在轨测量模型和在轨标定模型。对天基大视场望远镜在轨时拍摄星图进行了高精度的模拟,采用了一种基于高斯分布的模拟星点细分方法,并对星点的能量中心进行了亚像素的灰度修正,结合建立的星库完成了星图的模拟。在星点的质心提取方面,本文首先对噪声星图进行了预处理,包括滤波去噪、阈值分割和连通域的划分,在分析了三种质心提取算法并对提取结果的偏差进行了仿真后,选取了提取误差最小的方法。针对天基大视场望远镜视场内数量繁多的星点,通过对比不同条件下星点质心提取的平均偏差,对合适的标定星点进行了筛选,从而可以使标定的结果更加准确。最后,对内方位元素在轨标定算法进行了研究和分析,并进行了仿真实验,计算了标定结果与仿真真值之间的偏差,从而衡量标定结果的准确性,又使用平均星间角距统计偏差对标定结果进行评价。针对随机测量噪声分布不均匀时,错误的选择了标定星点的情况,提出了一种加权剔除的内方位元素在轨标定方法,该方法选取合理的权重对随机测量噪声较大的坏点进行加权处理,将坏点的权重减小甚至消除。对算法的仿真结果表明,使用该方法剔除坏点后,其标定结果相对于扩展卡尔曼滤波算法有明显的提高。在图像中存在焦平面畸变的情况下,建立了畸变模型,并分析了一阶径向畸变下对焦距的影响。建立了畸变补偿模型对星点存在的焦平面畸变进行了补偿。通过仿真分析,在此模型下准确的标定了焦距。

论文目录

摘要

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第1章绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 国内外发展现状

1.2.1 天基监视望远镜国内外发展现状

1.2.2 内方位元素在轨标定国内外现状

1.3 论文主要研究内容及安排

第2章天基大视场望远镜模型

2.1 天基大视场望远镜工作原理

2.2 天基大视场望远镜在轨测量模型

2.3 天基大视场望远镜内方位元素在轨标定模型

2.4 本章小结

第3章星点的亚像素细分及星图模拟

3.1 星点的亚像素细分

3.1.1 星等到灰度的模拟

3.1.2 基于高斯分布的星点模拟方法

3.1.3 基于星点位置的亚像元灰度修正算法

3.2 星图模拟

3.2.1 星库的建立

3.2.2 星图模拟算法

3.3 本章小结

第4章星图预处理与标定星点的筛选

4.1 星图预处理

4.1.1 图像滤波去噪

4.1.2 星图阈值分割处理

4.1.3 连通区域的划分

4.2 星点提取算法

4.2.1 质心法

4.2.2 带阈值的质心法

4.2.3 加权质心法

4.2.4 星点提取结果及分析

4.3 标定星点的筛选

4.4 本章小结

第5章内方位元素在轨标定算法研究

5.1 内方位元素在轨标定算法

5.1.1 最小二乘迭代算法

5.1.2 扩展卡尔曼滤波算法

5.1.3 仿真结果及分析

5.2 一种加权剔除的内方位元素在轨标定方法

5.2.1 算法描述

5.2.2 仿真结果及分析

5.3 焦平面畸变对内方位元素标定的影响

5.3.1 畸变模型及内方位元素标定分析

5.3.2 仿真结果及分析

5.4 本章小结

第6章总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 聂沛文

导师: 刘恩海,王万平

关键词: 天基望远镜,内方位元素,星点提取,标定星点,在轨标定

来源: 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

分类号: P111

总页数: 93

文件大小: 5817K

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