大视场小口径星敏测量技术研究

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1、密级:（）硕士学位论文大视场小口径星敏测量技术研究作者姓名：李勉洪指导教师:郑伟波研究员中国科学院上海技术物理研究所学位类别:工学硕士学科专业:信号与信息处理研究方向：信息与图像处理技术培养单位:中国科学院上海技术物理研究所2015年4月封二学位论文版权使用授权书本人完全了解中国科学院大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编

2、入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日TheMeasurementTechnologyStudyofStarTrackerwithWideFieldofViewandSmallApertureByLiMianhongADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEn

3、gineeringShanghaiInstituteofTechnicalPhysicsApril,2015致谢致谢时光荏苒，日月如梭，三年研究生生涯即将结束，回首过去，对那些引导帮助和激励我的人，我心中充满感激。本文的研究工作是在导师郑伟波研究员的悉心指导下完成的。在课题选题、材料收集和开展实验以及论文撰写的各个环节中郑老师都严格把关、循循善诱，给予我很多宝贵的意见，让我收获颇多。感谢张涛老师在课题大方向上的指导意见。张涛老师在学术上的深刻见解和丰富的经验经常让我茅塞顿开，收益匪浅。感谢负责本课题硬件电路设计的丁国鹏师兄，在课题研究中给予我很多帮助，提高我在电路方面的认识，与他的每次探

4、讨使我对课题的理解更为深入透彻。感谢孙浩在课题开展过程中传授了许多光学方面的知识，并且在开展实验过程中提供许多有益的建议。感谢崔维鑫老师和朱进兴老师在实验设备上的无私帮助，为本课题的开展提供了完善的实验条件。感谢已经毕业的张晶晶师兄、刘方武师兄，鞠洪伟师兄和周浩，他们在科研中认真专注的态度给我很大的影响。感谢郑行龙、李鑫、赵青青、丁昆、由川、崔钊、樊平在生活和科研中给我的帮助。感谢研究生部的所有老师在生活中细致入微的关怀。最后特别感谢我的父母，父母的养育之恩无以为报，他们是我求学路上的坚强后盾，在我面临迷茫之际，为我排忧解难。他们的关心和支持是我不断前进的动力。李勉洪2015年4月I摘要

5、摘要现代卫星趋向于小型轻量化发展，成本降低，功能密集，逐渐成为空间系统的重要组成部分。星敏感器是实现小卫星自主姿态测量的核心部件，具有自主性好、精度高、工作可靠等特点，具有广阔应用前景。为适应小卫星技术的发展要求，星敏感器逐渐向大视场小口径，快速可靠方向发展，但是大视场小口径星敏测量算法仍然存在着许多技术难点，深入研究大视场小口径星敏测量技术具有重要意义。结合实际系统需求，本课题研究的具体工作包括：星图预处理、大视场星敏感器标定、星图识别和姿态测量以及空间运动目标检测。解决的重点和难点为大视场星敏感器高精度标定和星图识别算法优化。星图预处理包括星图滤波去噪和星点目标提取定位。统计分析星图

6、噪声特点后比较常用滤波算法效果，选择数学形态学开操作对星图进行去噪处理。对比连通域标记算法和交叉投影算法进行星点提取的效率，选择灰度投影算法进行星点提取并采用传统质心法定位星点质心。大视场星敏感器标定是星敏感器高精度测量的重要保障。针对常用标定方法，比如畸变模型法和直接映射法的缺点，提出遗传算法优化BP神经网络算法进行大视场星敏感器标定，并建立标定系统进行实验，实验证明有效提高大视场星敏感器测角精度。归纳总结现有的星图识别算法，在星角距三角形算法基础上提出改进的全天星图识别算法。以两个共边的星角距三角形作为星图识别的基本匹配元素，减少匹配恒星冗余和虚假恒星干扰；并以k-d树数据结构组织导

7、航特征数据库，进一步提高匹配速率。实验证明该算法具有良好的性能。本课题提出使用大视场小口径星敏感器进行空间运动目标检测。利用大视场星敏感器提供的观测窗口，分析空间目标检测的可行性，并利用空间目标和恒星运动特性的差异进行目标检测，实验证明该算法能检测多个空间目标，并且有较强的鲁棒性。关键词：大视场小口径星敏感器，标定，星图识别，星敏测量，运动目标检测IIAbstractABSTRACTModernsatelliteswhichpres