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星载测高系统的激光高精度指向测量方法研究

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:Xu Zeen

摘要

ABSTRACT

目 录

1绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1星载激光测高系统

1.2.2激光质心定位技术

1.2.3星图识别技术

1.3论文的研究内容

2基于星敏感器的激光指向系统设计

2.1引言

2.2 星敏测姿方案与其他测姿方案的比较

2.3高精度激光指向设计

2.3.1系统方案设计

2.3.2系统硬件设计

2.4激光指向解算

2.4.1基本坐标系

2.4.2相关坐标系之间的转换

2.4.3激光束的瞬时指向

2.5本章小结

3基于视觉显著性和平方重心法的激光质心定位算法

3.1 引言

3.2影响激光质心定位精度因素分析

3.3基于区域生长法和统计学的光柱及外围光晕消除技术

3.4基于激光区域的激光质心定位算法

3.4.1基于传统方法的激光区域提取

3.4.2基于视觉显著性的激光光斑区域提取

3.4.3基于区域的激光光斑质心定位算法

3.5基于激光边缘的激光质心定位算法

3.5.1传统的边缘提取算法

3.5.2基于卷积神经网络的边缘提取

3.5.3 基于边缘的激光质心定位算法

3.6实验及结果分析

3.6.1实验数据

3.6.2评价方法

3.6.3实验结果

3.6.4实验结论及分析

3.7本章小结

4基于区域聚类的快速星图识别算法

4.1引言

4.2星点成像特性分析

4.3图像预处理

4.3.1基于顶帽变换的星图背景抑制

4.3.2基于反锐化掩膜技术的星点目标增强

4.4基于局部聚类的星点提取算法

4.5星图匹配算法

4.5.1传统的三角形匹配算法

4.5.2基于桶形HASH表的三角形算法

4.6实验结果与分析

4.6.1星点提取仿真实验

4.6.2快速星图匹配仿真实验

4.7本章小节

5总结和展望

5.1本文总结

5.2本文创新点

5.3研究展望

致 谢

参考文献

附录1:攻读学位期间发表论文目录

附录2:攻读硕士期间参与的科研项目

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摘要

随着科技的不断进步,越来越多的先进技术被用来探测地球,从而实现对全球陆地、大气、海洋等多个角落的监测。星载激光测高系统作为这些先进技术的一种,其利用激光技术,结合搭载该系统卫星的姿态和轨道信息,就可以建立起覆盖所观测星球表面的数字高程模型。距离精度和高程精度是该系统的核心指标之一,而激光束的指向对高程精度和距离精度有着巨大的影响,本文对如何获取高精度的激光指向进行了详细研究,所做工作如下: 首先,设计了基于CCD星敏感器的高精度激光指向系统。该系统含有三个CCD和由透视镜和反射镜组成的光学系统,其中CCD星敏感器用来获取高精度的姿态信息;指向记录CCD和光路系统主要作用是对激光和星图同时成像;光斑分析CCD用来拟合高精度的激光质心。此外,本文还给出了系统的硬件设计要求和激光束在地心赤道惯性坐标系下的瞬时指向,同时分析了系统中的技术难点。 然后,针对传统激光质心定位算法定位精度不高,鲁棒性差,难以满足激光指向系统中高精度激光质心定位的需求,本文提出基于视觉显著性的高精度激光质心定位算法。实验结果证明,文中提出的方法比传统方法的精度高,能使激光抖动记录误差小于0.2角秒,且鲁棒性增强。此外,针对模拟实验中激光图像存在光晕和光柱的问题,提出了一种基于区域生长和统计学的光柱和外围光晕消除算法。 最后,针对传统的星图识别算法精度差,耗时长,难于满足激光指向系统中快速确定姿态的需求,本文结合局部聚类和改进三角形匹配算法实现星图快速识别。该算法首先使用局部聚类的方式完成高精度的星点目标提取,然后采用基于桶形HASH表的改进三角形匹配算法来快速完成星图识别。仿真实验证明该算法与传统算法相比,不仅精度得到提升,而且耗时明显减少。此外,文中利用顶帽变换和反锐化掩膜技对星空图像进行预处理。

著录项

  • 作者

    许泽恩;

  • 作者单位

    华中科技大学;

  • 授予单位 华中科技大学;
  • 学科 模式识别与智能系统
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 张钧;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    星载; 测高; 系统; 激光; 高精度; 测量;

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