针对星敏感器光学误差两步法标定局部寻优能力强, 但标定结果受初值影响大的问题, 基于粒子群算法, 提出一种改进的星敏感器光学误差参数标定方法。该方法首先利用粒子群算法全局搜索能力强的优点, 为光学误差的两步法标定提供一组次优的初值条件, 然后将其代入两步法中, 得到标定值。仿真结果表明: 该方法能够有效解决两步法标定受初值条件影响大的不足, 并能够提高标定结果的稳定性。

在红外图像预处理过程中，为有效保护图像的显著边缘信息，提出了一种融合全局梯度L0范数和局部显著性的保边平滑算法。首先，对红外图像进行拉普拉斯变换，采用嵌套矩形框快速估计边缘局部显著性，并利用均值与方差设计权重函数；其次，依据权重调节逼近项中每个像素的重要性，约束全局梯度的L0范数，建立模型；最后通过交替方向乘子法对模型求解，平滑红外图像，保护显著的边缘信息。实验结果表明，与其他保边平滑算法相比，所提算法能在平滑图像的同时，有效保护显著边缘，为进一步应用提供了理论支持。

针对SAR图像特征点匹配问题，提出了一种基于Facet模型的特征点检测方法。首先基于Facet模型对局部区域做灰度曲面最佳拟合，然后计算拟合曲面中心点的二阶方向导数，取二阶方向导数极大值小于零的点作为潜在特征点，最后通过对极大值的绝对值归一化和局部非极大值抑制提取特征点。实验结果表明，该算法可有效检测特征点，算法的实时性优于传统的SIFT算法。

针对目前星敏感器安装误差标定过程中存在的标定模型复杂标定测试流程繁琐等问题, 提出了一种星敏感器安装误差的三位置法地面标定方法。该方法根据坐标系的欧拉变换, 构建了星敏感器安装误差的数学模型; 根据误差模型, 提出了基于三轴精密转台的安装误差三位置法地面标定策略。采用最小二乘法和三位置法进行仿真对比实验, 结果表明, 安装误差的三位置法标定结果比最小二乘法标定结果的稳定性提高了近10倍。三位置法还具有标定测试流程简单等优点, 对提高星敏感器的使用精度具有重要参考价值。

为提高复杂环境下红外小目标的检测率, 提出了基于二阶方向导数极大值的红外小目标检测算法。该算法首先对二阶方向导数的性质进行了分析, 对极大值进行阈值翻转操作, 将背景中的平坦成分和边缘成分剔除。接着, 根据小面模型对背景进行预测, 并以预测误差为权值进一步增强小目标区域。以上2个步骤的计算可通过4个卷积实现, 加快了检测速度。最后, 对少量候选小目标计算局部对比度, 降低了虚警率。实验结果表明: 该检测算法在6种复杂背景下平均信杂比增益为78.413 0, 平均背景抑制因子为35.079 6, 具有较强的鲁棒性和较高的检测率。

为解决地气光对星敏感器星提取精度影响问题，采用微元法建立了地气光对星敏感器的辐照度影响模型，并对影响辐照度大小的各变量进行了分析。阐释了地气光的影响机理，通过不同方差的高斯白噪声来对不同辐射照度的地气光进行散焦模拟，并对不同时刻不同位置地气光影响条件下的星提取精度进行仿真对比。仿真结果表明：地气光会导致星提取过程中星提取精度降低。该结果可用来对星敏感器遮光罩的抗地球反照干扰性能进行评估。

光学畸变是大视场星敏感器标定的重要误差源之一，由于各误差之间存在耦合，光学畸变将会影响焦距标定精度。针对此问题，基于针孔模型，建立了光学畸变对焦距标定影响的数学模型，推导得到了采用最小二乘法时标定用导航星的入射角参考阈值βmax，为星敏感器的焦距标定提供了理论参考。仿真实验表明，与标定用导航星的部分或全部入射角大于βmax时的焦距标定精度相比，标定用导航星的入射角均小于βmax时的焦距标定精度分别平均提高了5倍和10倍左右，有效降低了光学畸变对焦距标定精度的影响。

提出了基于纹理粗糙度的红外图像显著性检测算法, 以解决红外图像对比度低, 目标显著性检测难的问题。首先, 研究了Tamura的粗糙度原理, 对粗糙度进行分析和评价, 提出了新的粗糙度计算方法。然后, 将图像分解为超级像素集合, 并计算超级像素的最大平均强度差; 利用最大平均强度差定义超级像素的最佳尺度, 作为纹理粗糙度的度量。最后, 将超级像素区域均匀外延, 利用粗糙度的局部对比度和灰度信息度量红外图像的显著性。通过实验验证了本文算法的有效性, 结果表明: 在10%的噪声水平下, 本文粗糙度保持不变,粗糙度特征图一致性较好, 而Tamura的粗糙度特征图中杂点明显增多。与其它显著性检测算法对比, 本文算法击中率最高, 为0.752。该算法挖掘了红外图像的纹理粗糙度特征, 为红外图像显著性检测提供了新的特征选择。

导航星表构建是星敏感器设计阶段的重要工作。对于小视场，受限于恒星分布规律，易出现导航星表“空洞”问题。为解决小视场条件下均匀完备导航星表构建问题，对基于球面螺旋基准点的导航星表构建方法进行了改进：摒弃了原方法通过改变球面螺旋基准点数量和位置重新构建导航星表的思路，转而通过增选部分恒星来达到减少星表“空洞”的目的。设立了描述恒星消除星表“空洞”能力的权值，并以该权值递减顺序开展恒星增选；同时，设计了增选恒星距离阈值条件以保持增选后导航星表的均匀性。仿真表明，在4°圆形视场条件下，相对于原方法，文中方法得到的导航星表，总星数减少708颗，均匀性指标提高约44%，而星表“空洞”变化较小，显示了较好的性能。

为了解决尺度不变特征变换(SIFT)描述子在存在较多相似结构的匹配中，易造成误匹配，并且维数较高、匹配耗时的问题，提出了一种融合相对几何位置的压缩感知描述子。首先，以特征点为中心，将周围关键点的相对几何位置(RGL)信息形成尺度和旋转不变的RGL描述子，其次，对SIFT描述子利用压缩感知(CS)理论进行降维，形成CS-SIFT描述子，最后将两者融合形成RGL-CS-SIFT描述子。实验结果表明：与SIFT和PCA-SIFT描述子相比，匹配速度有所提升，匹配准确率明显提高。