一种高精度星敏感器抗地气光星图预处理算法

近地空间飞行器所搭载的星敏感器易受地气光影响,导致星点提取精度较低进而影响天文导航的精度。针对这一问题,本文提出了一种高精度的抗地气光星图预处理算法。通过分析地气光的传播机理,建立地球大气散射以及地表反射模型,构建了一种精确的地气光辐射强度模型。通过分析星敏感器像面上局部范围内所接收地气光的传输路径与像素坐标之间的关系,对辐射强度模型进行变换得到了局部邻域内的地气光背景灰度模型,进而利用背景估计法实现对地气光影响下的杂散光背景的精确估计与补偿。最后,通过仿真以及实拍星图对算法性能进行验证,结果表明所设计算法能有效提升星图信噪比以及质心提取精度,并且具有较好的抗干扰能力。

红外星图预处理及星点定位精度分析

红外星图是白天观星获取的原始数据,图中含有单点噪声和条纹噪声等多种噪声,严重影响了后续的星点提取和质心定位。针对外场观星获取的红外星图,进行了星图预处理,并分析了星点定位精度。提出了单点噪声的检测与补偿算法和条纹噪声的列均值偏移校正(CMOC)算法,还采用Wiener2和Top-hat组合滤波方法对星图进行进一步滤波去噪,最后使用在观测星图中加入理想模拟星点的方法计算了星点定位精度。实验结果表明,预处理算法有效抑制了红外星图中的各种噪声,星点目标峰值信噪比最多由4.7提高到了31.3,模拟的2等星的星点定位标准偏差量级为1/30 pixel水平,满足工程应用的精度要求。

白天观星红外星图噪声抑制算法

单点噪声和条纹非均匀性噪声是白天观星红外星图中的两种典型噪声,严重影响了星图识别的后续处理。针对两种噪声产生的原因和特点,提出改进的单点噪声去噪算法,即用局部窗口遍历扫描全图检测出单点噪声,然后用全局均值进行补偿;又提出列直方图偏移校正算法去除条纹非均匀性噪声,即依据列偏移校正模型,对每列直方图相对于全局直方图的峰值位置偏移进行校正。实验结果表明:所提出的噪声抑制算法对红外星图去噪效果良好,星点目标峰值信噪比可从7.4提高到12.8,并且算法计算简单,可以在单帧时间内完成,满足星图实时预处理的应用要求。

天基监视空间目标轨迹提取算法

序列星图中弱小目标的检测与定位是可见光天基监视中的关键技术之一,星图预处理的结果直接影响检测灵敏度及虚警率。文中引入一种在轨检测轨迹提取算法,该算法适用于高斯噪声的星图,由高斯最小二乘拟合、小区域滤波及星象边缘阈值分割三步组成。可抑制噪声背景减少虚假目标的同时,较好地保持星象边缘。通过算法性能分析可知,同美国天基可见关相机(SBV)在轨检测(Moving Target Indicator,MTI)及传统阈值分割算法相比,虚假目标数量减少80%,弱小目标信噪比提高3 dB。由于对星斑边缘保持较好,使得恒星及卫星的定位精度优于MTI算法1个角秒。算法实时性强,有利于工程应用。

资源三号国产星敏感器事后定姿方案设计与系统实现

作为绝对姿态测量精度最高的仪器,星敏感器已广泛应用在当前大多遥感卫星上,其定姿精度直接影响光学测绘遥感卫星的几何定位能力。针对资源三号卫星首次下传的国产APS原始星图数据,设计并实现了一套基于国产星图的地面事后定姿方案。该方案充分利用地面事后定姿时间充足、计算资源丰富的特点,重点对星图预处理、星表重构、星图识别、恒星相机在轨检校等关键技术进行优化和改进,实现了一套资源三号国产星敏感器事后定姿系统,并将其应用于基于国产星图的绝对姿态确定中。利用资源三号卫星下传原始星图对该系统进行全面试验验证,结果分析表明,事后定姿系统不仅可靠性高,而且定姿精度达到1.82角秒(1σ,光轴指向精度),优于星上处理2.18角秒(1σ),为资源三号卫星原始星图业务化处理提供了技术保障。

太阳杂光噪声下星敏感器星像点质心定位方法

为了保障太阳杂光干扰下星像点质心定位的精度,本文提出了一种去阈值和杂光斜面噪声的质心定位新方法。首先,在星像点窗口内将太阳杂光灰度噪声建模为一个斜面。针对质心定位新方法,推导关于杂光斜面模型各参数估计误差的质心定位误差分析公式,尤其是关于开窗大小的函数关系。然后,基于窗口边缘像素给出杂光斜面模型的最小二乘参数估计公式。最后,采用传统的灰度重心法、去阈值灰度重心法和所提方法进行质心定位仿真测试,结果表明,所提方法的精度比传统灰度重心法和去阈值质心法的精度分别提高了2倍和15倍,是太阳杂光干扰下星像点质心定位的有效方法,具有一定的工程应用价值。