复杂工况背景下星图预处理相关技术研究

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1、密级:博士学位论文复杂工况背景下星图预处理相关技术研究作者姓名：廖育富指导教师：刘恩海研究员中科院光电技术研究所钟建勇研究员中科院光电技术研究所学位类别：工学博士学科专业：信号与信息处理研究所：中国科学院光电技术研究所二零一六年五月PreprocessingtechnologyresearchofstarimageundercomplexworkingconditionByYufuLiaoADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSc

2、iencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineeringInstituteofOpticsandElectronics,ChineseAcademyofSciencesApril,2016致谢岁月如白驹过隙，五年的研究生生活即将画上句号。五年很短也很快，但五年的研究生生活提高了我的认知能力，改善了我看世界的方式。在此，要感谢那些支持我、帮助我、指导我及鼓励我的亲人、老师及朋友。感谢我的导师刘恩海研究员近

3、几年对我课题上的指导和支持。刘老师学识深厚且经验丰富，他在科研及学习方面对我的指导令我获益匪浅。每次做报告，刘老师都会在百忙中抽出时间准时参加，刘老师的敬业态度着实令人感动。尽管平时工作很忙，刘老师依然在生活上非常关心学生，支持我们多参加活动，丰富课余生活。人品厚重和兢兢业业是我的导师钟建勇身上最闪亮的标签，是学生的好榜样。在此要特别感谢钟老师五年来对我学习上的指导、生活上的关怀及精神上的鼓励。在完成博士课题的过程中，钟老师给出了大量宝贵的意见，在此表示感谢。感谢王明富师兄在学习和生活上的帮助，

4、王师兄专业基础很扎实，研究很深入。在课题中遇到问题时，王师兄总能给出一些建设性的意见。在平时生活中，王师兄多次组织课题组聚会，和我交流科研及生活状态，是我研究生期间不可多得的导师。感谢钟杰师兄平时对我生活上的关心和学业上的照顾。钟杰师兄幽默诙谐，敢说真话，无论在生活上还是学习上，钟杰师兄都了我很大的帮助，在此表示感谢。感谢实验室的田宏老师、岳永坚老师、周向东老师、任国强老师、吴凡老师、杨世洪老师、张辉老师、王进老师、赵汝进老师、孙明辉老师、周武林老师等在我完成博士课题的过程中给予的无私帮助，在每

5、次的工作报告中，他们都给出了很多具有参考价值的建议。感谢魏伟师兄、郑中印师兄、赵连军师兄、蒲磊师兄、史魁师兄、刘志豪师兄、马超师兄在学习上的指导和生活上的关心。平时学习过程中遇到问题，各位师兄都悉心解答，让我受益匪浅。感谢实验室的陈栋、周峰、夏校朋、焦仲科、余聪、刘玉明、王鑫、洪玉珍、I陈臻、葛景全、严坤、聂山钧、赖继斌、彭章贤、游迪、王相如、康璐、马雨然、吉星宇、刘川熙、苏家雨、张壮等在学习上的讨论及在业余生活中的陪伴。感谢同届的黄辉、刘容、曾凌川、李锋、谢朗、贾格、黄龙等人在生活上和学习上给

6、予的关心和照顾。在此，要特别感谢我的爸爸廖冰清先生和妈妈李军娥女士。感谢他们这么多年来的不求回报的辛勤付出！感谢我的女朋友刘文哲女士八年来的陪伴和支持，感谢你在背后默默地支持，有你相伴是我最大的幸运！感谢叔叔刘学军和阿姨李现英多年来对我生活上的关心、学习上的鼓励！感谢本论文的外审专家，你们在论文修改过程中给出的宝贵意见让我受益匪浅。廖育富2016年3月于成都摘要摘要航天器姿态的高精度测量是实现航天器姿态高精度控制的重要前提。而星敏感器在众多姿态敏感器中具有最高的定姿精度，具备广阔的应用前景。对星

7、敏感器在复杂工况背景下星图预处理相关技术的研究具有重要的意义。本文的研究内容主要分为五个方面：星点的高精度质心定位方法研究、基于积分时间调整策略的动态星点成像方法的研究、高动态条件下自主星跟踪方法的研究、复杂工况背景下星点提取算法的研究及其实现。借助傅里叶分析，从理论角度分析质心法及其改进形式的系统误差，证明了系统误差的像元周期性。分析像元尺寸、质心提取窗口、星点质心位置及加窗的形式等因素对系统误差的影响。不考虑噪声影响时，选择尺寸更大的质心提取窗口可以有效地减小系统误差。考虑噪声因素对质心定位

8、精度的影响，理论推导了高斯白噪声模型下和泊松噪声模型下质心定位误差的理论下界-克拉美劳下界。通过数值仿真分析得出：低信噪比条件下Gamma运算有于提高质心定位精度，减阈值操作能有效抑制背景光的干扰；而在高信噪比条件下限制质心定位精度进一步提高的误差来源是系统误差。从星敏感器的光学系统模型出发，推导了绕星敏感器坐标系三轴角速度影响下星点质心在探测器平面上的运动轨迹。结合静态星点的成像模型，建立高动态条件下星点的成像模型。动态条件下，绕星相机坐标系X轴方向的角速度ݓ௫驱使星点质心沿Y轴方向滑动；绕星