基于星图识别的卫星自主定姿及实验系统设计

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1、‘．：如爲聲械换匈圍硕±学位论文胃．．雖晒基于星图识別的卫星自主定姿及实验系统设计作者姓名郝刘周＾学校导师姓名、职称卢晓春副教授企业导师姓名、职疏刘中伟高工申请学位类别工程硕±ｈ学校代码１０７０１学号１３０２１２１３８３￣＇分类号Ｐ１５密级公开西安电子科技大学硕：ｔ学位论文基于星图识别的卫星自主定姿及实验系统设计作者姓名；郝刘周领域：电子与通信工程学位类别；工程硕±学校导师姓名、职称：卢晓春副教授企业导师姓名、职称：刘中伟高工学院：电子工程学院提交日

2、期；２０１５年１２月DesignofSatelliteAutonomousAttitudeDeterminationandItsExperimentalSystemBasedonStarIdentificationAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationsEngineeringByHaoLiuzhouSupervisor:LuXiaochunAssociateProfess

3、orLiuZhongweiSeniorEngineerDecember2015西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）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指导下进行的研巧工作及取得的研巧成果。尽我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢中所罗列的内容队外，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为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处一，本人承担切法律责任。，本人签名：文

4、Ｉ日期：七Ｗ主部词西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全Ｔ解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，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Ｗ公布论文的全部或部分内容，允许采用影印，结合学位论文研究成果完成的论、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。＿＿对吗叛秦；為导师签名：本人签名少日期。．分：广日期：兴瓜摘要摘要卫星姿态的确定作为卫

5、星自主捕获目标、接收指令、姿态控制变化以及向地面传回数据的基础，在天文导航和遥感定位等领域发挥着关键性的作用。第二代CCD星敏感器拥有高精度、无姿态累积误差及快速故障恢复能力的特点，已成为航天、航空以及军事领域青睐的研究对象。为了提高CCD星敏感器获取卫星姿态信息的实时性，同时降低在太空实验研究的成本，论文使用两台PC机和一部受SC300系列移位控制箱控制搭载CCD相机的云台，搭建了一个星图模拟、数据处理的卫星姿态自主确定系统。从整体上来看，卫星姿态确定的过程分为两种模式，分别是初始姿态捕获模式和星图跟踪姿态输出模式。详细分析初始姿态捕获模式，选用第谷II标准星表中星等小于

6、6.5的恒星，制作标准导航星库数据，将这些数据在其中一台PC机上模拟出星图，然后对星图进行预处理操作，包括分析太空环境对图像的噪声，模拟该环境下星图的质量，添加高斯噪声，采用加权平均平滑法和背景分割阈值法对图像去噪。另一台PC机通过CCD相机将星图显示出来，对视场范围内的恒星提取质心，分别使用经典质心提取算法、加权质心提取算法以及带阈值的质心提取算法，分析了每种算法的精度，在此基础上提出了一种改进的质心提取算法，通过实验对比，得出该算法的精度高于前面三种。利用精确的恒星质心分别采用了三角形星图识别算法和栅格星图识别算法，分析了各自的优缺点，给出了一种改进的栅格识别算法，并做

7、出实验对比，得出该算法对恒星位置的灵敏度优于普通的栅格识别算法。通过星图识别出的恒星以及坐标系间的转换计算出卫星的初始姿态，仿真出其实验结果。获取到卫星初始姿态后进入姿态输出跟踪模式，该模式下的姿态匹配采用估计的思想。根据前几帧星图中恒星变化的位置，估计出下一帧视场指向的星图位置。记录标记星位置，计算出视轴变化的相对位移。通过PC机软件控制向云台发出串口指令，改变视轴指向，模拟实现星图中恒星跟踪。以估计出视轴指向的星图作为参考星图，并且星图中恒星的数据已知；以CCD相机观测的星图为观测星图，参考多帧星图快速跟踪算法