基于星敏感器的星点提取与星图识别方法研究

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1、学校代码10701学号1202110018分类号V448.22密级公开西安电子科技大学博士学位论文基于星敏感器的星点提取与星图识别方法研究作者姓名：罗丽燕一级学科：电子科学与技术二级学科：电路与系统学位类别：工学博士指导教师姓名、职称：许录平教授学院：电子工程学院提交日期：2015年12月StudyonStarCentroidExtractionandStarIdentificationMethodBasedonStarSensorAdissertationsubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulf

2、illmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyinCircuitsandSystemsByLuoLiyanSupervisor:XuLupingProfessorDecember2015西安电子科技大学学位论文独创巧（或创新幢）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加标注和致谢中所罗列的内容レッ外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研巧成果；也不包含为获得

3、西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使巧过的材料一。与我同工作的同事对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处，切法律责任本人承担。本人签名：日期：ＭＬ记、。令西安电子科技大学关于论文使用授权的说明目本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，Ｐ；研巧生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时

4、本人保证，结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在解密后适用本授权书。＿年＾－各：：本人签名．餐马冻．导师签名Ｉ丰之、文日期：滅、心献：日期；（户摘要摘要深空探测有助于人类了解宇宙和生命的起源与演化，探索和扩展生存空间，合理地利用空间的资源，谋求社会的可持续发展。随着深空探测任务的开展，对深空探测器自主导航技术的要求越来越高。现有的深空探测器一般高度依赖地面测控系统，但地面监测站的固有缺陷，使得其无法保持稳定的远距离长时间的导航性能，需要寻求新的导航方式

5、。天文导航具有其他导航方式无法比拟的优势，可为深空探测器提供位置和姿态信息，是一种非常重要的深空探测器自主导航手段。星敏感器是目前航天应用中精度最高的绝对姿态敏感器，能够为卫星、导弹、航天器等提供精准的位置和姿态信息。基于星敏感器的自主天文导航技术属于完全自主式的导航方式，具有较高的测量精度、无累积误差、隐蔽性好等众多优点，近些年围绕基于星敏感器的自主天文导航技术国内外学者开展了大量的研究。本文针对星敏感器中的星点提取和星图识别问题进行了研究，主要工作内容包括：1.为了改善星图图像星点提取的定位精度，同时提高星点提取的效率，提出一种高精

6、度星点快速提取算法。首先根据星点像素的分布特点，利用聚类算法的思想，对星点进行粗定位操作，将星点提取的全局操作转化为局部区域操作，减少对背景像素的扫描。其次，利用星点粗定位操作得到的星点中心坐标作为种子点，根据区域生长算法，自动选取星点的像素。随后，根据星点能量的分布特征，利用星点像素与种子点的平面距离，采取两种不同的修正策略，对星点像素的灰度值进行修正，降低噪声对星点提取的影响。最后，利用双线性插值算法，提高星点的分辨率，使用质心计算公式得到星点的质心坐标，完成星点的精确定位。仿真实验验证了该算法的有效性。对比的实验结果表明：该算法能

7、够取得较高的定位精度，且提高了星点提取的速度。2.在对基于Log-Polar变换的星图识别算法分析的基础上，提出了一种基于Log-Polar变换改进的自主星图识别算法。该算法首先分析了基于Log-Polar变换的星图识别算法所存在的不足。随后通过重构星图图像的平面直角坐标系，将视场内的观测星进行重新投影，使观测星的识别特征在星图图像发生旋转时能够保持不变。之后引入观测星平面坐标的对数值作为识别特征向量的元素，增强识别特征的抗噪性能。最后，利用观测星特征向量中非零值的个数来限定观测星特征向量在导航星特征库中匹配搜索的范围，提高观测星识别的

8、速度。仿真结果表明，该算法克服了基于Log-Polar变换的星图识别算法所存在的不足。与改进的栅格算法和基于Log-Polar变换的星图识别算法相比，该算法具有较强的鲁棒性，且在提高算法识别率的同时，加快了