彗星探测接近段导航图像仿真与处理技术研究

论文摘要

小行星和彗星等小天体的探测已经成为新世纪深空探测的热点之一。光学自主导航作为一种重要的深空导航方法,日益受到重视。本论文针对彗星探测接近段的特点,对彗星探测接近段导航图像的仿真与处理技术进行研究,以期为深空自主导航方法和自主导航仿真验证平台提供数据与技术支持。论文主要内容如下:首先,对彗星的三维实体建模技术进行研究,并根据坦普尔-1彗星的真实数据,利用虚拟现实建模软件3DMAX建立彗星三维实体模型。其次,对彗星探测接近段的导航图像进行了仿真。提出了基于恒星星表的背景恒星仿真方法;根据“深度撞击”任务最后两小时撞击器与彗星的轨道数据,实现基于仿真软件OSG（OpenSceneGraph）驱动的彗星探测接近过程的可视化演示;利用建立的虚拟相机成像模型,实现彗星探测接近过程的导航图像序列仿真。再次,为解决彗星探测任务中用亮心近似形心的形心提取算法随着距离越近误差越大这一问题,给出了一种阈值分割与图像边缘拟合相结合的形心提取方法,仿真结果表明,该方法能有效的提高形心提取的精度。最后,基于上述的导航图像仿真与处理技术,设计并研制了彗星探测接近段导航图像仿真与处理半实物系统,并进行仿真实验。仿真结果表明,所提出阈值分割与图像边缘拟合相结合的形心提取方法是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外发展现状
• 1.3.1 虚拟现实的研究现状
• 1.3.2 导航图像处理技术的研究现状
• 1.4 课题的研究内容
• 第2章 基于虚拟现实的彗星三维实体建模技术研究
• 2.1 虚拟现实实体建模的基本概念
• 2.1.1 实体建模
• 2.1.2 实体建模的内容
• 2.2 虚拟现实三维实体建模工具
• 2.3 彗核的实体化建模技术
• 2.3.1 几何建模技术
• 2.3.2 纹理贴图技术
• 2.3.3 基于3D MAX的彗核建模步骤
• 2.4 彗尾的粒子效果仿真
• 2.4.1 基于OpenSceneGraph的彗尾粒子效果仿真
• 2.4.2 基于3D MAX 的彗尾粒子效果仿真
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于OpenSceneGraph驱动的彗星探测接近段导航图像仿真技术
• 3.1 开源OpenSceneGraph引擎概述
• 3.1.1 场景图形及其渲染过程
• 3.1.2 OpenSceneGraph 的组件及开发步骤
• 3.2 OSG中的虚拟相机的数学模型
• 3.2.1 坐标系及转换
• 3.2.2 虚拟相机的数学模型
• 3.3 基于星历表的背景恒星仿真
• 3.3.1 星等到灰度的变换
• 3.3.2 背景恒星坐标转换
• 3.3.3 仿真结果
• 3.4 彗星与探测器轨道数据的仿真
• 3.5 彗星探测接近段导航图像仿真与过程可视化演示
• 3.5.1 加载彗星模型
• 3.5.2 图像仿真与过程可视化演示
• 3.6 本章小结
• 第4章 彗星探测接近过程的导航图像处理技术研究
• 4.1 导航图像的预处理
• 4.2 导航图像的特性分析
• 4.3 基于阈值分割的亮心提取算法
• 4.3.1 阈值分割
• 4.3.2 亮心提取
• 4.4 基于图像边缘信息的形心提取
• 4.4.1 边缘检测
• 4.4.2 形心提取
• 4.5 本章小结
• 第5章 彗星探测接近段的半实物导航图像仿真与处理系统
• 5.1 系统的原理框图与组成
• 5.1.1 CCD相机、采集卡与处理器
• 5.1.2 系统的硬件连接
• 5.1.3 图像仿真计算机与处理器之间的数据通信
• 5.2 导航图像采集与实时处理
• 5.3 试验仿真与分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢