天文定位系统中恒星定位与识别算法的研究

摘要

天文导航以其被动式自主测量的特点，已经在航天、航海等领域被广泛应用。随着技术的发展及应用的需求，利用天文信息确定地理经纬度的天文定位技术，也日益在大地基础地理信息（经纬度、重力场等）测量等领域获得应用。本文主要对高精度CCD数字天顶仪获取的星图图像进行分析，设计和实现相关处理算法，完成了观测星图中恒星的定位与识别，为天文定位信息的解算提供支撑。
　　本文在天文定位原理的基础上，对恒星识别系统的功能需求进行了分析，设计了由星图预处理、星体目标定位和恒星识别三部分构成的系统实现方案；通过对拍摄星图图像噪声因素的分析，实现了灰度纠正和图像增强算法，完成了星图图像的预处理；通过对预处理后星图图像直方图的分析，设计了基于噪声特征估计的背景分割阈值计算方法，结合连通域算法实现了观测星图中星体目标的提取；通过对不同亚像素定位算法实现性能的仿真对比，结合星图图像数据量大的特点，采用平方加权算法实现了星体目标的亚像素定位；在对现有三角形匹配算法进行分析的基础上，根据系统的实际特点，设计实现了一种基于导航星对标识的三角形匹配算法，提高了观测星图中恒星的识别速度；最后，通过编程集成实现了天文定位的恒星识别系统。经对实际拍摄星图图像的处理测试，结果达到设计要求。
　　研究结果实现了星图图像中恒星的精确定位及快速识别，为天文定位系统的实现，打下了可靠的基础。研究成果，对天文图像的处理具有一定的实用、借鉴价值。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作及内容安排

第二章 天文定位原理及恒星识别总体流程

2.1 天文定位计算原理

2.2 星图处理及恒星定位识别系统的总体结构

2.3 本章小结

第三章 星图图像预处理算法的研究

3.1 星空图像分析

3.2 灰度纠正

3.3 图像增强

3.4 本章小结

第四章 星体目标定位算法的研究

4.1 星体子图分割

4.2 星体亚像素定位

4.3 相对星等计算

4.4 本章小结

第五章 恒星识别算法的研究

5.1 恒星识别算法概述

5.2 导航星表的选取

5.3 恒星识别的过程

5.4 本章小结

第六章 恒星定位识别系统的实现

6.1 恒星定位识别系统软件的总体设计

6.2 FITS 文件的读取与显示

6.3 星图预处理算法的编程实现

6.4 星体定位的编程实现

6.5 恒星识别的编程实现

6.6 星图图像处理及恒星定位识别系统的集成与测试

6.7 本章小结

结束语

致谢

参考文献