小视场星敏感器噪声处理技术研究

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1、分类号：密级：1ＵＤＣ：编号：1工学硕士学位论文小视场星敏感器噪声处理技术研究硕士研究生：杨威指导教师：钱华明教授学科、专业：仪器科学与技术论文主审人：刘繁明教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：1ＵＤＣ：编号：1工学硕士学位论文小视场星敏感器噪声处理技术研究硕士研究生：杨威指导教师：钱华明教授学位级别：工学硕士学科、专业：仪器科学与技术所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonNoisePr

2、ocessingTechnologyBasedonSmallFieldStarSensorCandidate:YangWeiSupervisor:Prof.QianHuamingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:InstrumentscienceandtechnologyDateofSubmission:Jan.2018DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作

3、，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影

4、印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日小视场星敏感器噪声处理技术研究摘要在如今的组合导航方法中，惯性/天文组合导航由于具有高精度、高自主性、高可靠性等特点，已经成为了主要的组合导航方法之一。天文导航通过识别获取到的星图，进一步做解算后得到姿态信息。因此天文导航的精度与星敏感器拍摄的星图质

5、量和星图识别算法的精度有直接关系。噪声是决定精度的主要因素，因此，研究星图噪声处理方法对提高天文导航的精度具有重要意义和应用价值。现今小卫星技术逐渐发展，同时要求天文导航的星敏感器体积也要减小，因此小视场星敏感器技术也变得更加重要。而小视场星敏感器视场角小，捕获的星点少，因此星图识别时获取到的星点数目通常不足以解算出载体姿态，所以需要视场扩充来获取足够的星点用于姿态解算。而视场扩充需要陀螺仪等仪器的辅助，在这个过程中会引入陀螺仪噪声，使得到的星图存在误差，所以需要相应的噪声处理方法。本论文依托国家自然科学基金(61573113)和哈尔滨市创新人才研究专项基金(2014RFXXJ074)，

6、以星敏感器为研究背景开展噪声处理技术的研究。首先，分析星图中噪声的特性。星图中的噪声主要来源于星敏感器本身的设计缺陷，因此需要分析星敏感器基本组成单元的噪声特性。本文根据CCD作为敏感元件的星敏感器噪声的数学模型模拟出带噪星图，并分析星图中噪声的特性；其次，分析并处理小视场星敏感器星图中的噪声。星图与人物、景物等图像的高低频成分、灰度分布等都不同，包含的噪声成分也不同，因此需要具体分析星图中噪声的特征，并根据该特征选取相应的处理方法。本文通过仿真分析不同噪声处理方法在处理星图的适用性，初步总结出星图中噪声的基本特点；根据现有的星敏感器数学模型和参数，经过仿真得到星敏感器的视场大小对星图的

7、影响，进一步得出小视场星敏感器星图中噪声的特点。针对该噪声提出一种高斯滤波与数学形态学滤波组合的噪声处理方法，并仿真验证该方法的有效性；最后，对星图识别的视场扩充算法中包含的噪声做分析和处理。由于小视场星敏感器视场角小，拍摄到的星图中星点数目通常不足以解算出飞行器姿态，因此需要扩充视场，从而捕获更多星点。视场扩充栅格算法能够有效改善以上问题，但由于视场扩充需要陀螺仪的辅助，因此在扩充的过程中会引入陀螺仪噪声，影响视场中星点的相对位置