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星敏感器星图的高精度星点提取方法

哈尔滨工业大学学报 2019年第4期51卷 99-106页

作者：何贻洋王宏力冯磊由四海许强火箭军工程大学导弹工程学院西安710025

星敏感器硬件电路产生的噪声以及在航天器上应用所面临的复杂恶劣的工作环境,都对星图质量造成严重影响,进而降低星点提取精度.针对上述问题,提出了一种精度高且抗干扰性能好的星点提取方法.首先,采用多窗口抽样自适应阈值分割方法对星... 详细信息

星敏感器硬件电路产生的噪声以及在航天器上应用所面临的复杂恶劣的工作环境,都对星图质量造成严重影响,进而降低星点提取精度.针对上述问题,提出了一种精度高且抗干扰性能好的星点提取方法.首先,采用多窗口抽样自适应阈值分割方法对星图去噪,为后续的星点提取奠定基础;然后,基于改进的灰度交叉投影法进行星点粗提取;最后,利用局部区域生长+高斯曲面拟合法进行星点精提取.改进的灰度交叉投影法能够克服星点范围重叠带来的问题,从而快速准确找到星点的粗略区域,而且可以为局部区域生长提供可靠的"种子"点;局部区域生长法可以保证星点区域的边缘细节能够得到充分保留,这对提高星提取的精度大有益处.仿真实验表明,在噪声标准差为2的仿真条件下,该方法的星点提取精度达到了0.075 5 pixel,相比于扫描法等传统方法,该方法的星点提取精度有大幅提高,而且还具有良好的抗干扰性能,因而对于在强噪声干扰条件下提高星敏感器测量精度具有重要参考价值.

关键词：星点提取改进灰度交叉投影法局部区域生长星图去噪星敏感器

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基于粒子群算法的星敏感器光学误差标定方法

红外与激光工程 2017年第10期46卷 165-172页

作者：张尧王宏力陆敬辉何贻洋姜伟火箭军工程大学控制工程系陕西西安710025

针对星敏感器光学误差两步法标定局部寻优能力强,但标定结果受初值影响大的问题,基于粒子群算法,提出一种改进的星敏感器光学误差参数标定方法。该方法首先利用粒子群算法全局搜索能力强的优点,为光学误差的两步法标定提供一组次优的初... 详细信息

针对星敏感器光学误差两步法标定局部寻优能力强,但标定结果受初值影响大的问题,基于粒子群算法,提出一种改进的星敏感器光学误差参数标定方法。该方法首先利用粒子群算法全局搜索能力强的优点,为光学误差的两步法标定提供一组次优的初值条件,然后将其代入两步法中,得到标定值。仿真结果表明:该方法能够有效解决两步法标定受初值条件影响大的不足,并能够提高标定结果的稳定性。

关键词：星敏感器光学误差粒子群算法两步法标定

考虑卫星位置误差的增广脉冲星方位误差估计算法

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国防科技大学学报 2018年第5期40卷 177-182页

作者：王宏力许强由四海何贻洋冯磊火箭军工程大学制导教研室陕西西安710025

为了解决脉冲星方位误差估计中卫星位置误差对估计结果的影响,提出一种考虑卫星位置误差的增广脉冲星方位误差估计算法。为满足可观测性条件和保证尽可能低的矩阵运算维数,算法将卫星的位置误差标量作为增广状态。结合脉冲星方位误差估... 详细信息

为了解决脉冲星方位误差估计中卫星位置误差对估计结果的影响,提出一种考虑卫星位置误差的增广脉冲星方位误差估计算法。为满足可观测性条件和保证尽可能低的矩阵运算维数,算法将卫星的位置误差标量作为增广状态。结合脉冲星方位误差估计基本原理,重新推得增广算法的状态及观测方程,并通过理论分析证明了算法的可观测性。最后仿真结果表明,当卫星位置误差导致传统算法的估计结果偏差较大时,该算法依然能够保证0. 01 mas的赤经和0. 3 mas的赤纬估计精度。不同方向的位置误差对方位误差估计精度影响较小。

关键词：脉冲星星表方位误差卫星位置误差卡尔曼滤波

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基于小波变换与压缩感知的脉冲星TOA估计

红外与激光工程 2020年第2期49卷 276-282页

作者：由四海王宏力冯磊何贻洋许强火箭军工程大学导弹工程学院陕西西安710025 青州高新技术研究所山东青州262500

脉冲星导航是一种新型的自主式导航。为提高其精度与实时性,提出一种小波变换与压缩感知结合的脉冲星到达时间(Time of Arrival,TOA)估计的方法。该方法对标准脉冲轮廓使用小波变换构造多级冗余字典,通过信号恢复算法估计出实际脉冲星的... 详细信息

脉冲星导航是一种新型的自主式导航。为提高其精度与实时性,提出一种小波变换与压缩感知结合的脉冲星到达时间(Time of Arrival,TOA)估计的方法。该方法对标准脉冲轮廓使用小波变换构造多级冗余字典,通过信号恢复算法估计出实际脉冲星的TOA。该方法的算法复杂度低于传统的TOA估计方法,并且随着脉冲星信号周期内bin数量的增加,算法的实时性越好。该方法改变了传统的先去噪再估计TOA的思路,其可以嵌入到信号去噪的过程中,还可以和小波去噪的阈值处理并行计算。仿真结果显示文中方法耗时分别为两种传统TOA估计方法的0.87%和21.35%,并且随着数据时长的缩短,文中方法的TOA估计精度的相对优势越发明显。该方法不但可以提高TOA估计精度,而且降低了对数据时长的依赖。

关键词：导航 TOA估计小波变换压缩感知多级冗余字典

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基于截断误差的改进脉冲星导航观测方程

北京航空航天大学学报 2018年第9期44卷 1974-1981页

作者：许强王宏力何贻洋由四海冯磊火箭军工程大学导弹工程学院西安710025

针对X射线脉冲星导航中,传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法因为线性化需要从而忽略观测模型高阶项导致较大截断误差的问题,提出一种适用于脉冲星导航的改进线性观测方程。首先,详细分析了观测方程简化过程中会造成截断误差的周年视差效应... 详细信息

针对X射线脉冲星导航中,传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法因为线性化需要从而忽略观测模型高阶项导致较大截断误差的问题,提出一种适用于脉冲星导航的改进线性观测方程。首先,详细分析了观测方程简化过程中会造成截断误差的周年视差效应及引力延迟效应的物理意义,介绍了2个高阶项的数学模型,并对2项进行了详细的数值分析。其次,利用泰勒展开等方式,将2个高阶项进行线性化处理,建立一种改进的线性观测方程。最后,利用地球卫星轨道数据,将2个线性观测方程分别应用到脉冲星导航的EKF解算中验证改进线性观测方程的有效性。结果表明,在考虑高阶项影响的条件下,改进的线性观测方程均能保证250 m和2 m/s以内的位置和速度估计误差而且对高阶项变化表现出一定的鲁棒性,但传统的简化线性观测方程却会导致发散。

关键词：脉冲星导航截断误差周年视差效应引力延迟效应线性化

基于双参数阈值函数和多层阈值的X射线脉冲星信号消噪

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光学学报 2019年第12期39卷 10-19页

作者：高迎东王宏力由四海冯磊何贻洋火箭军工程大学导弹工程学院

在利用小波变换解决脉冲星含噪信号去噪问题时,阈值的选择及阈值函数的构建决定去噪效果的优劣。首先结合小波变换的性质分析噪声小波分解系数的分布特性,并结合软、硬阈值函数的构造特点构建了一种非线性的双参数阈值函数;通过粒子群... 详细信息

在利用小波变换解决脉冲星含噪信号去噪问题时,阈值的选择及阈值函数的构建决定去噪效果的优劣。首先结合小波变换的性质分析噪声小波分解系数的分布特性,并结合软、硬阈值函数的构造特点构建了一种非线性的双参数阈值函数;通过粒子群算法优化参数大小以使阈值函数可自适应地改变位置和弯曲程度,进而得到良好的阈值函数去噪模型;在分析噪声小波分解系数随分解层变化特点的基础上,对统一阈值选取策略进行改进,引入梯度衰减因子构造一种基于各分解层噪声均方差的阈值选取方法。实验结果表明,相比于传统小波域消噪方法,本文方法可以明显改善X射线脉冲星含噪信号的信噪比、峰值信噪比以及峰位误差,为X射线脉冲星信号去噪提供了新思路。

关键词：探测器 X射线脉冲星粒子群优化算法双参数阈值函数多层阈值

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大角速度条件下星像运动轨迹建模及误差评估

北京航空航天大学学报 2019年第8期45卷 1653-1662页

作者：何贻洋王宏力冯磊由四海陈志侃火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 中国人民解放军66133部队北京100144

在大角速度条件下星敏感器成像平面上的星像会产生严重拖尾,影响星敏感器性能。为了全面认识星敏感器的星像运动轨迹形式,并定量评估星像运动对星点提取过程的影响,首先研究建立了星敏感器成像平面上星像运动轨迹的数学模型,推导出在成... 详细信息

在大角速度条件下星敏感器成像平面上的星像会产生严重拖尾,影响星敏感器性能。为了全面认识星敏感器的星像运动轨迹形式,并定量评估星像运动对星点提取过程的影响,首先研究建立了星敏感器成像平面上星像运动轨迹的数学模型,推导出在成像平面上星像运动轨迹为一段圆弧;然后建立了星像运动时的能量分布模型,并对大角速度条件下基于质心法的星点坐标误差进行了评估,分析得到星点坐标误差的模近似可用星像运动轨迹长度的二分之一来衡量。仿真实验结果验证了所得结论的正确性。

关键词：星敏感器运动模糊星点提取运动分解与合成误差评估

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星敏感器安装误差的三位置法地面标定方法

红外与激光工程 2016年第11期45卷 320-325页

作者：王宏力何贻洋陆敬辉杨阳陈俊宇火箭军工程大学控制工程系陕西西安710025

针对目前星敏感器安装误差标定过程中存在的标定模型复杂标定测试流程繁琐等问题,提出了一种星敏感器安装误差的三位置法地面标定方法。该方法根据坐标系的欧拉变换,构建了星敏感器安装误差的数学模型;根据误差模型,提出了基于三轴精密... 详细信息

针对目前星敏感器安装误差标定过程中存在的标定模型复杂标定测试流程繁琐等问题,提出了一种星敏感器安装误差的三位置法地面标定方法。该方法根据坐标系的欧拉变换,构建了星敏感器安装误差的数学模型;根据误差模型,提出了基于三轴精密转台的安装误差三位置法地面标定策略。采用最小二乘法和三位置法进行仿真对比实验,结果表明,安装误差的三位置法标定结果比最小二乘法标定结果的稳定性提高了近10倍。三位置法还具有标定测试流程简单等优点,对提高星敏感器的使用精度具有重要参考价值。

关键词：三位置法星敏感器安装误差三轴精密转台

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先验信息辅助的运动模糊星图星点提取方法

哈尔滨工业大学学报 2020年第12期52卷 58-65页

作者：何贻洋王宏力冯磊由四海刘珂高迎东火箭军工程大学导弹工程学院西安710025

星敏感器处于高动态环境时所拍摄的星图会出现运动模糊现象,这将会严重影响星敏感器的星点提取精度.针对上述问题,提出了一种基于先验信息直接对高动态环境下的运动模糊星图进行星点提取的方法.首先,利用惯性导航系统和星敏感器的姿态... 详细信息

星敏感器处于高动态环境时所拍摄的星图会出现运动模糊现象,这将会严重影响星敏感器的星点提取精度.针对上述问题,提出了一种基于先验信息直接对高动态环境下的运动模糊星图进行星点提取的方法.首先,利用惯性导航系统和星敏感器的姿态先验信息预测当前运动模糊星图上的星点粗略坐标,将其作为“种子”点进行局部区域生长而获得运动模糊星图上的星像范围;然后,基于惯性导航系统的角速度输出估算星像运动轨迹长度并利用质心法计算星点坐标,根据星像运动轨迹长度与质心法提取误差之间的关系建立运动模糊星图星点提取误差修正模型;最后,基于上述模型对星点坐标进行修正,得到精度较高的运动模糊星图星点坐标.仿真结果表明,相比于先对运动模糊星图进行复原再提取星点坐标的方法,本方法不仅能保证高动态环境下星敏感器的星点提取精度和较好的抗噪性能,同时还能大大减少星敏感器对运动模糊星图的处理时间,这有助于保证星敏感器的数据更新率不受高动态环境太大影响.

关键词：先验信息运动模糊星点提取局部区域生长误差修正