@PhDThesis{Fialho:2017:ImStId,
author = "Fialho, M{\'a}rcio Afonso Arimura",
title = "Improved star identification algorithms and techniques for
monochrome and color star trackers",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2017",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2017-08-17",
keywords = "star trackers. star identification algorithms. image processing.
photometric systems. fundamental limits, sensores de estrelas.
algoritmos de identifica{\c{c}}{\~a}o de estrelas. processamento
de imagens. sistemas fotom{\'e}tricos. limites fundamentais.
simula{\c{c}}{\~o}es em computador.",
abstract = "This work presents modeling, implementation, testing and
simulation of a real-time attitude estimator using extended Kalman
filter (FKE), applied to a three-axis air-bearing platform
controlled by gas jet actuators. The goal of this work is to
obtain an attitude determination algorithm that can replace the
attitude estimate from the embedded inertial unit, currently in
use by the platform electronics. Two models of estimators were
implemented in MATLAB environment: in the first one, the state
vector is composed only by the quaternions of the attitude, and in
the second, the state vector is composed by quaternions and biases
of the three gyroscopes. These estimators were tested using data
from the sensors of the platforms inertial unit, and the results
were compared with the attitude estimation sent by the internal
attitude solution of the inertial unit. Finally, tests of the two
FKE algorithms were performed in the simulation model of the
air-bearing platform. Both Kalman filter-based estimators were
successful in the attitude determination process, both in the
tests using real data and in the simulation of control of the
air-bearing platform. The proposed bias estimation functioned in a
degraded way for the cases tested. We then hypothesized the
reasons for this performance, and the convenience of estimating
them in the proposed application. RESUMO: Sensores de estrelas de
cabe{\c{c}}a-fixa modernos est{\~a}o entre os sensores de
atitude mais precisos dispon{\'{\i}}veis para uso em
ve{\'{\i}}culos espaciais. Seu princ{\'{\i}}pio b{\'a}sico de
opera{\c{c}}{\~a}o consiste em adquirir imagens do c{\'e}u e
identificar as estrelas presentes nestas imagens, usando as
estrelas identificadas como refer{\^e}ncias de atitude. Este
processo engloba tarefas como pr{\'e}-processamento de imagens,
segmenta{\c{c}}{\~a}o de imagens, c{\'a}lculo de centroides,
identifica{\c{c}}{\~a}o de estrelas e determina{\c{c}}{\~a}o
de atitude a partir de versores observados. Na tarefa de
identifica{\c{c}}{\~a}o de estrelas, este trabalho investiga
como as informa{\c{c}}{\~o}es de brilho (magnitudes) e cor
(quando dispon{\'{\i}}vel) podem ser aproveitadas para melhorar
a confiabilidade e a velocidade do processo de
identifica{\c{c}}{\~a}o de estrelas. Ao se incorporar
verifica{\c{c}}{\~o}es de magnitude e cor em um algoritmo de
identifica{\c{c}}{\~a}o de estrelas estado da arte, obteve-se
uma redu{\c{c}}{\~a}o na taxa de identifica{\c{c}}{\~o}es
incorretas maior que duas ordens de grandeza. V{\'a}rias outras
melhorias foram propostas e implementadas neste algoritmo de
identifica{\c{c}}{\~a}o de estrelas. Outras
contribui{\c{c}}{\~o}es deste trabalho est{\~a}o no uso de
{\'{\i}}ndices de cor (comum em astronomia, mas novo neste
campo) na representa{\c{c}}{\~a}o de cor em sensores de
estrelas, com vantagens em rela{\c{c}}{\~a}o {\`a}
representa{\c{c}}{\~a}o anteriormente usada na literatura, e no
desenvolvimento de uma metodologia para avaliar a
adequa{\c{c}}{\~a}o de diferentes {\'{\i}}ndices de cor no
processo de identifica{\c{c}}{\~a}o de estrelas. Uma
investiga{\c{c}}{\~a}o sobre tecnologias para imageamento a
cores voltada para sensores de estrelas {\'e} realizada, na qual
se verificou que sensores de imagem baseados em pixels empilhados
apresentam potencial para aplica{\c{c}}{\~o}es futuras. Este
trabalho tamb{\'e}m apresenta um algoritmo de
pr{\'e}-processamento de imagens simples para remo{\c{c}}{\~a}o
da n{\~a}o uniformidade de coluna em sensores CMOS, desenvolvido
para sensores de estrelas com pouca mem{\'o}ria e baixo poder
computacional. Uma estimativa do limite te{\'o}rico para a
precis{\~a}o de sensores de estrelas {\'e} apresentada. Este
limite representa, de certa forma, um limite fundamental para a
precis{\~a}o de sensores de estrelas que depende apenas da
distribui{\c{c}}{\~a}o de estrelas na nossa vizinhan{\c{c}}a
estelar, das dimens{\~o}es f{\'{\i}}sicas do sensor de estrelas
e da dura{\c{c}}{\~a}o da janela de tempo usada para
observa{\c{c}}{\~a}o das estrelas, sendo, portanto,
completamente independente da tecnologia empregada. A utilidade
desta estimativa {\'e} que ela prov{\^e} uma refer{\^e}ncia ao
qual se podem comparar diferentes sensores de estrelas. Esta
estimativa foi calculada usando dados dos cat{\'a}logos de
estrelas Hipparcos, Tycho e 2MASS. At{\'e} onde o autor tenha
conhecimento, o c{\'a}lculo desta estimativa {\'e} uma
contribui{\c{c}}{\~a}o original para esta {\'a}rea de
pesquisa.",
committee = "Santos, Walter Abrah{\~a}o dos (presidente) and Perondi, Leonel
Fernando (orientador) and Mortari, Daniele (orientadora) and
Chagas, Ronan Arraes Jardim and Brum, Ant{\^o}nio Gil Vicente de
and Arruda, Josiel Urbaninho de",
englishtitle = "T{\'e}cnicas e algoritmos de identifica{\c{c}}{\~a}o de
estrelas aprimorados para sensores de estrelas coloridos e
monocrom{\'a}ticos",
language = "en",
pages = "258",
ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3PE49N5",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34P/3PE49N5",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}