红外面阵焦平面静态地平仪图像处理算法设计

摘要

地平仪是卫星姿态控制系统的关键子系统之一,是通过对地球的地平辐射敏感,提供参考信号以使空间飞行器保持两轴稳定的仪器.它的测量精度和可靠性直接关系到卫星姿态是否精确和稳定.该谋题主要是研究利用红外地平圆图像确定卫星姿态的方法,建立了地平辐射分布模型和地平球模型,分析了地平圆图像的特征,由此提出并讨论了两种具有较高定位精度的算法解决方案.鉴于该项目严格的实时性要求,在比较两种算法运算量的基础上,确定了一种实用的方案,并探讨了算法的C语言实现及其在TI公司CCS环境下的优化问题.最后,还讨论了因地球扁率和地平高度随纬度变化对定位精度带来的影响和补偿问题.图像处理算法主要包括滤波、搜索和中心定位三个模块.滤波是为了消除面阵敏感元件坏元及太阳和月亮带来的不利影响;搜索是为了确定地球和地平仪视场的相对位置;中心定位是为了提供偏移量,以用于卫星保持稳定的姿态.在实践中,我们对每个模块均提出了多种方案.定位精度和实时性是是该课题的根本要求.在前一阶段研究中,依照由简单到复杂的原则,我们着重强调精度的要求,对于理想图像的程序处理结果表明:两种算法均远远超出了项目指定的精度要求.后一阶段的工作则主要集中在实时性要求上,因为算法程序最终要在TI的TMS320 6711 DSP系统上实现,在熟悉DSP结构及指令集和DSP集成开发环境CCS的基础上,深入了解旨在提高程序运行并行性的多种优化方法,对原C语言程序进行了较大修改,从而大大缩短了程序执行时间,达到了项目实时性要求.

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第一章绪论

1.1红外地平仪原理

1.1.1姿态敏感的原理

1.1.2圆锥扫描式地平仪工作原理

1.1.3红外面阵焦平面静态地平仪工作原理

1.2国内外地平仪研究现状

1.3红外辐射的基本概念

1.4地平仪工作波段的选取

1.5 DSPs及CCS简介

1.6本文的内容安排

第二章地球的地平模型的建立

2.1地平辐射剖面曲线

2.2地平辐射剖面曲线的逼近

2.3地球的理想地平模型

2.4模拟图像的生成

2.5地球的综合地平模型

2.6多种因素对姿态测量产生的影响

2.6.1辐射强度不均匀的影响

2.6.2地平高度变化的影响

2.6.3地球扁率产生的影响

2.6.4随机因素带来的影响

第三章图像处理算法设计

3.1滤波的实现

3.2搜索的实现

3.3中心定位的实现

3.3.1初级中心定位

3.3.2精确中心定位

3.4算法程序误差分析

3.4.1地平点的定位误差

3.4.2数值计算带来的误差

3.5算法程序对于地平圆模拟图像的处理结果

3.5.1算法程序对于计算机模拟图像的处理结果

3.5.2算法程序对于地模器实拍图像的处理结果

第四章算法程序在CCS环境下的实现

4.1项目程序的建立和运行

4.2 RTDX(Real Time Data Exchange)简介

4.3利用RTDX实现图像数据的输入

第五章算法程序精度与效率的权衡及代码的优化

5.1算法评估

5.2代码的性能测试方法

5.3算法程序的优化

5.3.1第一阶段的代码优化问题

5.3.2第二阶段的代码优化问题

5.3.3第三阶段的代码优化问题

5.4算法程序性能测试最终结果

第六章系统实验结果

6.1算法精度

6.2算法运行时间

第七章总结

致谢

参考文献