افزایش دقت حسگر تصویری افق زمین با استفاده از فیلتر کالمن

تومان40,000

توضیحات

برای اینکه تعادل ماهواره در فضا حفظ شود از حسگرهای مختلفی از جمله حسگر تعیین زاویه‌ی ماهواره استفاده می‌شود. یکی از انواع مختلف این حسگرها، حسگرهای تصویری افق زمین می‌باشد. در این نوع حسگرها، تصویر افق زمین توسط آشکارساز دو بُعدی به دست می‌آید. با پردازشی که بر روی این تصویر انجام می‌شود، مکان افق زمین در تصویر مشخص می‌گردد. مقایسه‌ی وضعیت به دست آمده برای مکان افق زمین با وضعیت مطلوب آن (حالت تعادل ماهواره)، می‌تواند زوایای ماهواره را مشخص کند. اطلاعات زوایای ماهواره برای کنترل‌کننده ارسال می‌شود. با توجه به وضعیت زوایا، فرمان کنترلی مناسب توسط کنترل‌کننده به محرک‌ها داده شده و در نهایت ماهواره در زوایای مطلوب خود قرار می‌گیرد. یکی از عواملی که سبب قرارگیری دقیق ماهواره در وضعیت مطلوب می‌شود، دریافت اطلاعات دقیق و معتبر از حسگر افق زمین است. بنابراین با افزایش دقت حسگر تصویری افق زمین می‌توان کنترل زوایای ماهواره را بهتر انجام داد.

در تصاویر فروسرخی که از افق زمین گرفته می‌شود – به دلیل وجود جوّ – به راحتی نمی‌توان مکان دقیق افق را مشخص کرد. روش‌های عمومی پردازش تصویر برای مشخص کردن لبه‌های اجسام وجود دارد، اما استفاده از روشی خاص برای تشخیص لبه‌ی زمین در تصویر، نتایج بهتری در پی خواهد داشت. از طرف دیگر، استفاده از مدل می‌تواند به تشخیص دقیق زوایای ماهواره کمک کند.

در این گزارش روشی برای تعیین زوایای ماهواره مطرح می‌گردد. در این روش با استفاده از مجموع اطلاعات پیکسل‌های اطراف افق زمین، منحنی افق زمین تعیین می‌شود. سپس با استفاده از معادله‌ی این منحنی، زوایای ماهواره به دست خواهد آمد. جدای از روش پردازش تصویر، با استفاده از مدل زوایای ماهواره نیز این زوایا پیش‌بینی می‌شود. در نهایت، اطلاعات مربوط به نتایج پردازش تصویر با اطلاعاتی که از طریق پیش‌بینی به دست آمده، توسط فیلتر کالمن ترکیب می‌شود. نتیجه‌ی فیلتر کالمن به عنوان زوایای نهایی و دقیق ماهواره خواهد بود. نتایج پیاده‌سازی روش مطرح‌شده نشان می‌دهد که این روش برای تعیین افق زمین و زوایای ماهواره مناسب است.

عنوان صفحه
فصل اول …………………………………………………………………………………………………………………………….. 1
1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………. 2
1-1- انواع ماهواره …………………………………………………………………………………………. 2
1-2- مدارهای ماهواره …………………………………………………………………………………… 3
1-3- زوایای ماهواره ………………………………………………………………………………………. 4
1-4- کنترل زوایای ماهواره …………………………………………………………………………… 5
1-4-1- محرک ………………………………………………………………………………………. 6
1-4-2- حسگر ……………………………………………………………………………………….. 7
1-5- حسگر زوایای ماهواره …………………………………………………………………………… 7
فصل دوم ……………………………………………………………………………………………………………………………. 9
2- پیشینه‌ی تحقیق ……………………………………………………………………………………………… 10
2-1- حسگرهای پویشی ……………………………………………………………………………….. 10
2-2- حسگرهای دنبال‌کننده‌ی لبه ………………………………………………………………. 13
2-3- حسگرهای حفظ توازن تابش ………………………………………………………………. 14
2-4- حسگرهای تصویری ……………………………………………………………………………… 16
2-4-1- حسگر تصویری نور مرئی …………………………………………………………. 16
2-4-2- حسگر تصویری فروسرخ …………………………………………………………… 18
فصل سوم …………………………………………………………………………………………………………………………… 20
3- مفاهیم تئوری حسگر تصویری افق زمین ……………………………………………………….. 21
3-1- انتخاب نوع حسگر افق زمین ……………………………………………………………….. 21
3-2- نوع پرتوی دریافتی در یک حسگر تصویری افق زمین ……………………….. 22
3-3- ویژگی‌های حسگرهای تصویری افق زمین ………………………………………….. 23
3-3-1- ویژگی‌های مشترک حسگرهای تصویری افق زمین ………………… 23
3-3-2- تفاوت‌های حسگرهای تصویری افق زمین ……………………………….. 24
3-4- کلیات تعیین زوایای ماهواره ………………………………………………………………… 24
3-4-1- تعیین زوایا از روش تصویری ……………………………………………………. 24
3-4-2- تخمین زوایا با استفاده از مدل وضعیت زوایای ماهواره ………….. 25
3-4-3- محاسبه‌ی دقیق زوایا با استفاده از فیلتر کالمن ……………………… 25
3-5- تشخیص مکان افق زمین …………………………………………………………………….. 25
3-6- روش‌های محاسبه‌ی زوایای ماهواره …………………………………………………….. 27
3-6-1- محاسبه‌ی زوایای ماهواره با استفاده از خط افق ……………………… 27
3-6-2- محاسبه‌ی زوایای ماهواره با استفاده از مرکز زمین …………………. 30
3-7- تأثیر میدان دید دوربین بر اندازه‌گیری زوایای ماهواره ………………………. 37
فصل چهارم ……………………………………………………………………………………………………………………….. 39
4- الگوریتم‌های تشخیص لبه در تصویر ………………………………………………………………. 40
4-1- مشتق مرتبه‌ی اول (بردار گرادیان) …………………………………………………….. 40
4-1-1- عملگر Roberts ………………………………………………………………………. 42
4-1-2- عملگر Prewitt ……………………………………………………………………….. 43
4-1-3- عملگر Sobel …………………………………………………………………………… 44
4-2- الگوریتم تشخیص لبه‌ی Marr-Hildreth …………………………………………. 45
4-3- الگوریتم تشخیص لبه‌ی Canny ………………………………………………………… 46
4-4- روش‌های خاص تشخیص لبه ………………………………………………………………. 49
4-5- بررسی روش‌های تشخیص لبه در تصویر ……………………………………………. 49
فصل پنجم …………………………………………………………………………………………………………………………. 52
5- تئوری روش اجتماع حسگرها (پیکسل‌ها) ……………………………………………………… 53
5-1- اطلاعات هر پیکسل ……………………………………………………………………………… 53
5-2- اشیاء موجود در تصویر افق زمین ………………………………………………………… 54
5-3- نوار مفید تصویر افق زمین …………………………………………………………………… 55
5-4- تعیین نقاط افق زمین ………………………………………………………………………….. 56
5-5- برآورد منحنی افق زمین ……………………………………………………………………… 58
5-6- نوع منحنی افق زمین …………………………………………………………………………… 59
5-7- محاسبه‌ی زوایای ماهواره …………………………………………………………………….. 63
5-8- نمودار روند کلی روش اجتماع حسگرها (پیکسل‌ها) ………………………….. 63
فصل ششم ………………………………………………………………………………………………………………………… 65
6- مدل زوایای ماهواره …………………………………………………………………………………………. 66
6-1- حرکات ماهواره …………………………………………………………………………………….. 66
6-1-1- حرکت چرخشی ماهواره …………………………………………………………… 66
6-1-2- حرکت مداری ماهواره ………………………………………………………………. 67
6-2- زوایا و جهت ماهواره …………………………………………………………………………….. 68
6-3- معادلات دینامیکی حرکت چرخشی ماهواره ……………………………………….. 69
6-3-1- معادلات فضای حالت برای حرکت چرخشی ماهواره ………………. 72
6-4- شرایط صحت و اعتبار مدل حرکت چرخشی ماهواره …………………………. 74
6-5- عوامل ایجاد خطا در مدل حرکت چرخشی ماهواره ……………………………. 74
6-6- تقریب‌های استفاده‌شده برای به دست آوردن مدل خطی ………………….. 76
6-7- مدل غیرخطی حرکت چرخشی ماهواره ……………………………………………… 77
فصل هفتم …………………………………………………………………………………………………………………………. 80
7- تئوری فیلتر کالمن ………………………………………………………………………………………….. 81
7-1- معرفی فیلتر کالمن ………………………………………………………………………………. 81
7-2- الگوریتم فیلتر کالمن …………………………………………………………………………… 82
7-3- نویزهای اندازه‌گیری و فرآیند ………………………………………………………………. 84
7-4- فیلتر کالمن توسعه‌یافته ………………………………………………………………………. 85
7-5- مقایسه‌ی فیلتر کالمن معمولی با فیلترهای غیرخطی ………………………… 86
فصل هشتم ……………………………………………………………………………………………………………………….. 88
8- شبیه‌سازی ……………………………………………………………………………………………………….. 89
8-1- شبیه‌سازی روش اجتماع حسگرها (پیکسل‌ها) …………………………………… 89
8-1-1- نوع تصویر دریافتی …………………………………………………………………… 90
8-1-2- شناسایی قسمت تیره (فضا) در تصویر …………………………………….. 90
8-1-3- به دست آوردن معادله‌ی اولیه‌ی افق زمین …………………………….. 95
8-1-4- مشخص کردن حدود افق زمین (جوّ زمین یا نوار مفید) ………… 97
8-1-5- انتخاب بازه‌ی مناسب شدت روشنایی ……………………………………… 98
8-1-6- تخمین منحنی افق زمین …………………………………………………………. 100
8-1-7- مثال تخمین منحنی افق زمین ……………………………………………….. 102
8-2- شبیه‌سازی فیلتر کالمن برای حسگر افق زمین ………………………………….. 106
8-2-1- فرضیات شبیه‌سازی فیلتر کالمن …………………………………………….. 107
8-2-2- اجرای شبیه‌سازی فیلتر کالمن ………………………………………………… 107
8-2-3- عملکرد فیلتر کالمن …………………………………………………………………. 113
8-2-4- ویژگی‌های کنترلی مدل …………………………………………………………… 114
فصل نهم …………………………………………………………………………………………………………………………….. 116
9- نتیجه‌گیری و پیشنهادات ………………………………………………………………………………… 117
9-1- نتیجه‌گیری …………………………………………………………………………………………… 117
9-2- پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………. 118
منابع …………………………………………………………………………………………………………………………………… 119
پیوست‌ها ……………………………………………………………………………………………………………………………. 122
پیوست الف: برنامه‌ی پردازش تصویر برای به دست آوردن منحنی افق زمین …….. 122
پیوست ب: برنامه‌ی فیلتر کالمن …………………………………………………………………………… 127
پیوست پ: برنامه‌ی تطبیق دایره بر یک سری از نقاط ………………………………………… 130
پیوست ت: برنامه‌ی تخمین بیضی از روش هندسی …………………………………………….. 132
پیوست ث: برنامه‌ی تخمین بیضی از روش مستقیم غیرتکراری ………………………….. 138

نقد و بررسی‌ها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “افزایش دقت حسگر تصویری افق زمین با استفاده از فیلتر کالمن”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *