星敏感器CCD相机成像模拟技术

星敏感器是卫星姿态确定与控制系统中重要的星上设备。为了能够方便地研究基于星敏感器的星图识别算法,采用恒星瞬时坐标进行星图模拟,讨论了根据空间坐标系的旋转变换以及摄影测量中的共线条件方程;利用计算机仿真技术对CCD相机成像过程进行模拟,得到模拟星图以作为下一步星图识别工作的基础。最后对坐标变换的准确性进行了验证。     

CCD星点提取方法研究

电荷耦合器件CCD星敏感器的关键问题是星图识别,星图识别就是从星敏感器获得的原始星图中获取星的位置和星等信息。在介绍星敏感器工作原理的基础上,初步探讨了电荷藉合器件（CCD）天文定位的应用和优点,重点分析了Moravec算子、Frstner算子、Harris算子等几种点特征提取算子的原理和其适用性。     

一种应用于天文大地测量的多视场星图模拟方法

星图模拟的研究大多集中在基于星敏感器的天文定姿领域,应用基于地面的天文大地测量的星图模拟几乎为空白。本文针对天文大地测量计算模拟需求,研究了一种基于地面可模拟多种视场的星图模拟方法,并对模拟方法的总体构想、恒星位置计算和模拟显示做了说明和推导,编制了星图模拟软件。测试表明,软件可较好地模拟不同视场不同亮度的恒星分布,并对恒星矢量图进行输出。     

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。     

组合双星敏感器定姿算法

本文简要介绍了利用星敏感器确定航天测绘相机姿态的基本原理,在此基础上给出了双星敏感器组合定姿算法。通过较严密的方法模拟生成星敏感器姿态四元数,并进行了单、双星敏感器定姿模拟计算,对定姿结果进行了统计分析。分析结果表明,双星敏感器联合定姿具有较高的稳定性。     

AEKF在星敏感器低频误差补偿中的应用

高分辨率对地观测卫星需要精确的姿态信息来满足后续对地定位等工作,因此姿态确定精度十分重要。星敏感器的低频误差是影响卫星姿态确定精度的重要因素之一,主要是由空间周期性的热环境变化引起的。为进一步提高卫星姿态确定精度,对星敏感器的低频误差产生机理即星敏感器主光轴做周期性扰动进行了分析,设计了星敏感器低频误差补偿方案,建立了考虑星敏感器低频误差在内的组合定姿模型,利用拓维卡尔曼滤波(AEKF)对低频误差进行补偿,并引入RTS平滑滤波进一步提高姿态确定精度。仿真实验表明,设计的星敏感器低频误差补偿方案能有效对其进行补偿,提高卫星姿态确定精度。     

顾及姿态偏移的重力梯度卫星姿态确定方法

针对卫星在轨温度变化导致GOCE卫星星敏感器视轴夹角相对于地面安装矩阵计算结果存在5″～9″的系统偏移，并且单星敏感器低精度分量会因坐标系变换存在精度混叠现象的问题，该文设计了一种构建温度响应函数模型校正星敏感器间相对姿态偏移的多星敏感器组合方法，有效削弱了在轨温度变化对星敏感器的观测影响，以及单星敏感器低精度分量对高精度分量的混叠效应。结果表明，多星敏感器组合有效克服了单星敏感器低精度分量的影响，提高了重力梯度张量的分离精度，顾及姿态偏移校正进行多星敏感器组合后，减小了姿态误差影响，重力梯度观测张量的迹精度提高了14 mE,与欧洲空间局发布的数据5 947.811 mE精度相近。     

双星敏感器在轨相对热变形分析及修正

为了获取高质量的对地观测遥感图像,除了有效载荷成像的高分辨率外,还需要卫星平台姿态具有高精度。在双星敏联合姿态确定时,星敏感器之间的相对热变形会对姿态确定带来不利影响,需对热变形误差进行辨识与修正。通过对某遥感卫星在轨遥测数据进行分析,建立了星敏感器在轨结构热变形模型,并对星敏感器热变形进行了在轨修正。采用辨识得到的傅里叶级数的热变形模型参数,对星敏热变形进行在轨修正后,提高了星敏感器的测量精度,减小了星敏感器之间的热变形误差对姿态确定精度的影响,对得到高质量的对地观测遥感图像具有很大的工程应用价值。     

一种基于星形的星图识别算法

针对卫星自主定姿问题,提出了一种基于星形的星图识别算法.该算法直接以星对角距为匹配特征,先确定影像中亮星为中心星,并以此星与相邻星像点构建辐射状星图,统计所有满足星对角距匹配条件的导航星出现次数,次数最多的即为中心星所对应的导航星.实验表明,该算法构造的导航星表容量小,抗星等干扰,与多边形角距匹配算法相比,具有匹配速度快、识别率高、可靠性好的特点.     

星敏感器在轨测量误差分析

星敏感器的姿态测量精度是评价星敏感器性能以及卫星姿态确定的最重要指标之一。本文提出一种星敏感器的测量误差分析方法, 适用于卫星在轨运行期间以及整星地面测试阶段星敏感器测量误差的确定, 特别是在目标姿态无法准确预知情况下的误差确定。     

光学遥感成像半实物仿真中坐标系统转换

构建了一种以六自由度机器人为运动平台的光学遥感成像半实物仿真系统,利用共线条件方程的齐次坐标变换形式建立了仿真系统的成像模型,并对坐标系统转换问题进行了研究。提出一种利用全站仪确定沙盘坐标系与机器人基坐标系相互转换的"两步法";通过控制机器人旋转和平移运动,提出了一种单特征靶标测量模型,实现了摄像机坐标系与机器人工具坐标系的相互转换。最后通过空间前方交会计算多个靶标的物方坐标值,与物方真值进行比较,从而对系统精度进行评价。实验结果表明,立体定位误差优于0.5 mm,验证了提出的坐标转换方法的可行性与有效性,可为遥感成像仿真系统的设计与研究提供严密的空间基准和转换模型。     

基于DEM的SAR图像模拟

首先阐述了研究基于数字高程模型(DEM)的SAR图像模拟的重要性。然后针对SAR图像的几何特点,并顾及地面坡度、成像距离等因素对雷达波后向散射强度的影响,设计了基于强度积分的SAR图像模拟方案。根据Leberl构像模型计算SAR图像的像点坐标,采用强度积分策略对各点处的强度进行模拟,并进行归一化处理。通过仿真实验得到了满意的SAR模拟图像,验证了该模拟方案的正确性和有效性。     

利用摄影测量在线检测轨道车辆车体运行姿态

轨道车辆运行时产生的各种振动导致车体相对于轨道的运行姿态发生变化,提出利用面阵相机和线激光组合的摄影测量方法在线检测车体运行姿态。检测系统安装在车体上可拍摄到轨面的任意位置(3点非共线),选择激光在轨面投影的中点作为参考点,通过标定得到参考点在计算机图像坐标系和车体坐标系中的空间变换关系;车辆运动过程中,面阵相机拍摄线激光在轨面上的投影,将参考点在计算机图像坐标系中的坐标转化为车体坐标系中的坐标;结合参考点在轨面随行坐标系中的坐标特性,解算车体相对于轨道的坐标系转换,建立描述车体相对于轨道实时运行姿态的数学模型;构建检测系统,通过车体振动模拟平台及现场实车试验,验证了检测系统的可靠性。     

基于RANSAC的坐标系转换抗差算法研究

空间坐标转换在大地测量、工程测量等领域应用广泛．在利用公共点求解坐标转换参数时,针对公共点中混有多粗差点的情形,给出了基于罗德里格矩阵的坐标系转换模型,并在此基础上提出了基于随机抽样一致性(RANSAC)算法粗差剔除的坐标系转换抗差估计．最后利用仿真数据对该算法进行了验证,同时将该抗差算法与基于IGG3方案的最小二乘抗差估计算法进行了比较．算例结果表明,在20个仿真公共点数据中(仿真多组数据),当粗差点个数超过公共点总数的3／10时,基于IGG3方案的最小二乘抗差算法失效,而基于RANSAC的抗差算法在粗差点个数达到公共点总数的1／2时,依然能保证坐标转换的精度．该抗差算法将RANSAC算法的思想应用到坐标系转换上,有效地剔除了公共点中混有的大量粗差点.      

面向陆军分队战术模拟的坐标系统设计

联合作战条件下,战役、战术之间的界限越来越模糊,战术行动在一定情况下具有战略价值。在作战模拟领域,战术模拟系统向上与战略、战役模拟系统对接,为战略、战役推演提供支撑,向下支持单武器的对抗模拟。一致、准确的环境模型是保证战术模拟系统正常运行的基础;战术模拟系统的这种变化对环境模型的建模范围、建模精度提出了更高的要求。坐标系是环境建模的基础,分析了现有模拟系统中坐标系的不足及其对战术模拟的影响;从现代战术模拟的特点出发分析了战术模拟对坐标系的需求;在此基础上,设计了能够满足现代战术模拟要求的坐标系。     

基于地理信息网格的仿真实体连通性计算方法

地理信息网格不仅可以管理地理空间数据,也可以管理空间分布的三维仿真实体。采用地理信息网格技术将全球划分为不同分辨率的系列地理网格,根据仿真实体的地理坐标和技战术指标进行网格注册,建立仿真实体间的空间位置关系,通过基于地理网格仿真实体预筛除,可提高仿真实体连通性测试的计算效率。     

联合LMD与EMD的GNSS站坐标时间序列去噪方法

针对GNSS站坐标时间序列信噪不易分离的问题,在传统EMD去噪方法的基础上,本文提出了一种联合LMD与EMD的坐标时间序列去噪方法。该方法首先采用LMD分解原始坐标时间序列,基于连续均方误差（CMSE）原则分离高频噪声与低频信号,保持低频分量不变;然后对高频分量进行EMD去噪;最后以2次分解所得低频信号之和作为去噪后时间序列。以仿真数据与8个GNSS基准站实测数据进行试验,通过多种评价指标进行精度评估。结果表明,与传统EMD方法相比,联合LMD与EMD的方法能够更加精确地去除坐标时间序列中的噪声。     

基于ObjectARX的空间数据坐标变换及应用

本文详细介绍了AutoCAD中空间数据坐标变换问题,并基于ObjectARX开发了一套坐标变换程序,应用于浙江省瑞安市地理空间数据坐标变换工作,取得较好效果.     

利用Rosenbrock法优化坐标转换

WGS-84坐标系与地方独立坐标系往往存在着较大的旋转参数。当旋转参数偏大时,坐标转换的线性化平差模型将会产生一定的模型误差。针对这种情况,本文提出了利用Rosenbrock法优化坐标转换平差模型的一种新方法。通过模拟数据解算表明,该方法能有效地减弱模型误差,提高坐标转换精度。     

基于尺度空间的角反射器车载SAR影像坐标定位

确定角反射器（CR）在SAR影像中的高精度影像坐标是合成孔径雷达影像（SAR）几何校正、辐射校正和形变检测等研究的基础。本文提出了一种基于尺度空间的角反射器车载SAR影像坐标定位方法。通过对仿真数据和车载SAR影像数据的角反射器进行定位试验，验证了该方法的可行性和稳定性；并与使用地面控制点几何纠正后的角反射器定位结果进行对比，验证了该方法满足子像素级定位精度的需要，且无需地面控制点。