基于星圖識別的衛(wèi)星自主定姿及實驗系統(tǒng)設(shè)計

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1、‘．：如爲(wèi)聲械換匈圍碩±學(xué)位論文胃．．雖曬基于星圖識別的衛(wèi)星自主定姿及實驗系統(tǒng)設(shè)計作者姓名郝劉周＾學(xué)校導(dǎo)師姓名、職稱盧曉春副教授企業(yè)導(dǎo)師姓名、職疏劉中偉高工申請學(xué)位類別工程碩±ｈ學(xué)校代碼１０７０１學(xué)號１３０２１２１３８３￣＇分類號Ｐ１５密級公開西安電子科技大學(xué)碩：ｔ學(xué)位論文基于星圖識別的衛(wèi)星自主定姿及實驗系統(tǒng)設(shè)計作者姓名；郝劉周領(lǐng)域：電子與通信工程學(xué)位類別；工程碩±學(xué)校導(dǎo)師姓名、職稱：盧曉春副教授企業(yè)導(dǎo)師姓名、職稱：劉中偉高工學(xué)院：電子工程學(xué)院提交日

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

3、orLiuZhongweiSeniorEngineerDecember2015西安電子科技大學(xué)學(xué)位論文獨創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研巧工作及取得的研巧成果。盡我所知，除了文中特別加Ｗ標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容隊外，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研巧成果；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料一。與我同工作的同事對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文若有不實之處一，本人承擔(dān)切法律責(zé)任。，本人簽名：文

4、Ｉ日期：七Ｗ主部詞西安電子科技大學(xué)關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全Ｔ解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于西安電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許查閱、借閱論文；學(xué)?？桑坠颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，允許采用影印，結(jié)合學(xué)位論文研究成果完成的論、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。同時本人保證文、發(fā)明專利等成果，署名單位為西安電子科技大學(xué)。保密的學(xué)位論文在年解密后適用本授權(quán)書。＿＿對嗎叛秦；為導(dǎo)師簽名：本人簽名少日期。．分：廣日期：興瓜摘要摘要衛(wèi)星姿態(tài)的確定作為衛(wèi)

5、星自主捕獲目標(biāo)、接收指令、姿態(tài)控制變化以及向地面?zhèn)骰財?shù)據(jù)的基礎(chǔ)，在天文導(dǎo)航和遙感定位等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。第二代CCD星敏感器擁有高精度、無姿態(tài)累積誤差及快速故障恢復(fù)能力的特點，已成為航天、航空以及軍事領(lǐng)域青睞的研究對象。為了提高CCD星敏感器獲取衛(wèi)星姿態(tài)信息的實時性，同時降低在太空實驗研究的成本，論文使用兩臺PC機(jī)和一部受SC300系列移位控制箱控制搭載CCD相機(jī)的云臺，搭建了一個星圖模擬、數(shù)據(jù)處理的衛(wèi)星姿態(tài)自主確定系統(tǒng)。從整體上來看，衛(wèi)星姿態(tài)確定的過程分為兩種模式，分別是初始姿態(tài)捕獲模式和星圖跟蹤姿態(tài)輸出模式。詳細(xì)分析初始姿態(tài)捕獲模式，選用第谷II標(biāo)準(zhǔn)星表中星等小于

6、6.5的恒星，制作標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航星庫數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)在其中一臺PC機(jī)上模擬出星圖，然后對星圖進(jìn)行預(yù)處理操作，包括分析太空環(huán)境對圖像的噪聲，模擬該環(huán)境下星圖的質(zhì)量，添加高斯噪聲，采用加權(quán)平均平滑法和背景分割閾值法對圖像去噪。另一臺PC機(jī)通過CCD相機(jī)將星圖顯示出來，對視場范圍內(nèi)的恒星提取質(zhì)心，分別使用經(jīng)典質(zhì)心提取算法、加權(quán)質(zhì)心提取算法以及帶閾值的質(zhì)心提取算法，分析了每種算法的精度，在此基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的質(zhì)心提取算法，通過實驗對比，得出該算法的精度高于前面三種。利用精確的恒星質(zhì)心分別采用了三角形星圖識別算法和柵格星圖識別算法，分析了各自的優(yōu)缺點，給出了一種改進(jìn)的柵格識別算法，并做

7、出實驗對比，得出該算法對恒星位置的靈敏度優(yōu)于普通的柵格識別算法。通過星圖識別出的恒星以及坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換計算出衛(wèi)星的初始姿態(tài)，仿真出其實驗結(jié)果。獲取到衛(wèi)星初始姿態(tài)后進(jìn)入姿態(tài)輸出跟蹤模式，該模式下的姿態(tài)匹配采用估計的思想。根據(jù)前幾幀星圖中恒星變化的位置，估計出下一幀視場指向的星圖位置。記錄標(biāo)記星位置，計算出視軸變化的相對位移。通過PC機(jī)軟件控制向云臺發(fā)出串口指令，改變視軸指向，模擬實現(xiàn)星圖中恒星跟蹤。以估計出視軸指向的星圖作為參考星圖，并且星圖中恒星的數(shù)據(jù)已知；以CCD相機(jī)觀測的星圖為觀測星圖，參考多幀星圖快速跟蹤算法