基于星敏感器的星點提取與星圖識別方法研究

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1、學(xué)校代碼10701學(xué)號1202110018分類號V448.22密級公開西安電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文基于星敏感器的星點提取與星圖識別方法研究作者姓名：羅麗燕一級學(xué)科：電子科學(xué)與技術(shù)二級學(xué)科：電路與系統(tǒng)學(xué)位類別：工學(xué)博士指導(dǎo)教師姓名、職稱：許錄平教授學(xué)院：電子工程學(xué)院提交日期：2015年12月StudyonStarCentroidExtractionandStarIdentificationMethodBasedonStarSensorAdissertationsubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulf

2、illmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyinCircuitsandSystemsByLuoLiyanSupervisor:XuLupingProfessorDecember2015西安電子科技大學(xué)學(xué)位論文獨創(chuàng)巧（或創(chuàng)新幢）聲明秉承學(xué)校嚴(yán)謹?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容レッ外，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研巧成果；也不包含為獲得

3、西安電子科技大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使巧過的材料一。與我同工作的同事對本研究所做的任何貢獻均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。一學(xué)位論文若有不實之處，切法律責(zé)任本人承擔(dān)。本人簽名：日期：ＭＬ記、。令西安電子科技大學(xué)關(guān)于論文使用授權(quán)的說明目本人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，Ｐ；研巧生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于西安電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許查閱、借閱論文；學(xué)?？晒颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。同時

4、本人保證，結(jié)合學(xué)位論文研究成果完成的論文、發(fā)明專利等成果，署名單位為西安電子科技大學(xué)。保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書。＿年＾－各：：本人簽名．餐馬凍．導(dǎo)師簽名Ｉ豐之、文日期：滅、心獻：日期；（戶摘要摘要深空探測有助于人類了解宇宙和生命的起源與演化，探索和擴展生存空間，合理地利用空間的資源，謀求社會的可持續(xù)發(fā)展。隨著深空探測任務(wù)的開展，對深空探測器自主導(dǎo)航技術(shù)的要求越來越高?，F(xiàn)有的深空探測器一般高度依賴地面測控系統(tǒng)，但地面監(jiān)測站的固有缺陷，使得其無法保持穩(wěn)定的遠距離長時間的導(dǎo)航性能，需要尋求新的導(dǎo)航方式

5、。天文導(dǎo)航具有其他導(dǎo)航方式無法比擬的優(yōu)勢，可為深空探測器提供位置和姿態(tài)信息，是一種非常重要的深空探測器自主導(dǎo)航手段。星敏感器是目前航天應(yīng)用中精度最高的絕對姿態(tài)敏感器，能夠為衛(wèi)星、導(dǎo)彈、航天器等提供精準(zhǔn)的位置和姿態(tài)信息?；谛敲舾衅鞯淖灾魈煳膶?dǎo)航技術(shù)屬于完全自主式的導(dǎo)航方式，具有較高的測量精度、無累積誤差、隱蔽性好等眾多優(yōu)點，近些年圍繞基于星敏感器的自主天文導(dǎo)航技術(shù)國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究。本文針對星敏感器中的星點提取和星圖識別問題進行了研究，主要工作內(nèi)容包括：1.為了改善星圖圖像星點提取的定位精度，同時提高星點提取的效率，提出一種高精

6、度星點快速提取算法。首先根據(jù)星點像素的分布特點，利用聚類算法的思想，對星點進行粗定位操作，將星點提取的全局操作轉(zhuǎn)化為局部區(qū)域操作，減少對背景像素的掃描。其次，利用星點粗定位操作得到的星點中心坐標(biāo)作為種子點，根據(jù)區(qū)域生長算法，自動選取星點的像素。隨后，根據(jù)星點能量的分布特征，利用星點像素與種子點的平面距離，采取兩種不同的修正策略，對星點像素的灰度值進行修正，降低噪聲對星點提取的影響。最后，利用雙線性插值算法，提高星點的分辨率，使用質(zhì)心計算公式得到星點的質(zhì)心坐標(biāo)，完成星點的精確定位。仿真實驗驗證了該算法的有效性。對比的實驗結(jié)果表明：該算法能

7、夠取得較高的定位精度，且提高了星點提取的速度。2.在對基于Log-Polar變換的星圖識別算法分析的基礎(chǔ)上，提出了一種基于Log-Polar變換改進的自主星圖識別算法。該算法首先分析了基于Log-Polar變換的星圖識別算法所存在的不足。隨后通過重構(gòu)星圖圖像的平面直角坐標(biāo)系，將視場內(nèi)的觀測星進行重新投影，使觀測星的識別特征在星圖圖像發(fā)生旋轉(zhuǎn)時能夠保持不變。之后引入觀測星平面坐標(biāo)的對數(shù)值作為識別特征向量的元素，增強識別特征的抗噪性能。最后，利用觀測星特征向量中非零值的個數(shù)來限定觀測星特征向量在導(dǎo)航星特征庫中匹配搜索的范圍，提高觀測星識別的

8、速度。仿真結(jié)果表明，該算法克服了基于Log-Polar變換的星圖識別算法所存在的不足。與改進的柵格算法和基于Log-Polar變換的星圖識別算法相比，該算法具有較強的魯棒性，且在提高算法識別率的同時，加快了