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《国防科学技术大学》 2004年 博士论文
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基于星敏感器的星模式识别算法及空间飞行器姿态确定技术研究

朱长征  
【摘要】:星敏感器(又称为星跟踪器)是一种极高精度的姿态确定仪器。在过去大约30年里,已经研制了两代CCD星敏感器。第二代CCD星敏感器由于无姿态累计误差、指向精度高、快速的故障恢复能力和具有完全自主的导航能力而受到人们的关注,成为当前和未来空间飞行器的首选姿态测量仪器。 星敏感器在实际的应用中,需要解决两大关键技术问题,其一是星模式的识别问题,其二是基于CCD星敏感器的空间飞行器姿态确定(估计)问题。论文以星敏感器在军事上应用为背景,系统地研究并解决了星敏感器在实用中面临的两大关键技术问题。 论文包括三部分。第一部分的包括以下内容:课题的来源、研究背景及选题依据、国内外在该领域的研究现状、论文所做的主要工作及贡献、论文的总体结构、有关的天文常识、CCD器件简介和CCD星敏感器坐标系的定义。 论文的第二部分研究了两大关键技术问题之一—星模式的识别问题。包括以下内容:扼要介绍了星图的预处理;给出了星模式的识别特征的选取准则;归纳并研究了现有的星模式识别算法,比较了各种星模式识别算法的性能,给出了具有实用价值的结论;证明了一种基于奇异值分解的星模式识别算法的稳健性,给出该算法稳健性的物理解释,随后利用仿真试验证实了该星模式识别算法在星敏感器坐标系下和天球坐标系下都是稳健的,为该算法的广泛应用奠定了坚实的基础:提出了局部天球上的星模式的识别问题,该项研究在军事领域有重要的实用价值,因此系统地提出了局部天球上的星模式的识别算法;提出了一种新的全天星模式识别算法,初步的仿真试验证实了该算法具有良好的性能,并对该算法的适用性进行了分析和验证。该算法可以用来对空间飞行器进行完全自主的导航。 论文的第三部分研究了两大关键技术问题之二—基于星敏感器的空间飞行器姿态确定问题。包括以下的内容:空间飞行器的姿态稳定方法;空间飞行器的各种姿态表示方法:基于CCD星敏感器的空间飞行器姿态确定模型;不同的星模式在空间飞行器上的应用:基于CCD星敏感器的空间飞行器姿态的静态确定算法,通过一个实例比较了各种静态姿态确定算法的性能:三种基于CCD星敏感器的空间飞行器姿态的动态估计算法,通过仿真试验证实了对三种算法的性能的理论分析。 国防科学技术大学研究生院学位论文 最后是结束语,对论文进行了总结,列出了创新点,并指明了未来研究的方向。 关键词:星敏感器,星模式,模式识别算法,姿态表示,姿态确定模型,静态姿态 确定,动态姿态估计 第11页


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