带有恒星自行校正的星敏感器定姿

为了提供高精度星敏感器姿态测量精度,对三轴定姿受恒星自行影响产生误差的机理进行研究,将恒星自行量分成Ⅰ-Ⅸ级存储在导航星库中,并深入分析不同恒星自行量级在20年间对三轴姿态角输出的逐年变化情况。仿真实验结果表明:利用QUEST方法在20年内对三轴姿态角进行校正后精度可提高75″以上,在星等相近时优先选取自行量级较小的恒星进行姿态解算,使新条件数达到最小,大大提高工程上星敏感器姿态测量的精度和稳定性的要求。     

星敏感器参数标定及误差补偿

针对CCD星敏感器光学系统存在焦距不准确、CCD平面倾斜和旋转及光学镜头畸变等误差因素,在理想针孔模型的基础上,用几何方法建立了星敏感器模型。利用地面实验数据,以最小二乘法解算该数学模型,求出焦距、CCD平面倾斜和旋转因子及畸变因子等待标定参数。将标定出的参数代回数学模型,便可由星象点测量坐标直接计算并修正入射光方向矢量,从而对光学系统的误差进行了补偿。计算结果表明:星对角距统计偏差由标定前41″降到了17″,提高了计算精度。     

星敏感器模型参数分析与校准方法研究

以星内角统计偏差为校准精度评价指标,分析了高解析度面阵 CMOS 星敏感器模型中主要参数,得出焦距对精度影响最大,畸变次之,主点位置影响最小。由此提出了一种星敏感器校准方案,利用高精度 2 维轴向转台和单星星光模拟器采集数据,采用最小二乘参数估计算法计算主点焦距偏差,并且用 10 参数的二维多项式基函数拟合焦平面畸变。仿真结果表明在 0.03 像素误差的噪声水平下该方案能够达到 1″精度,可以满足现代空间飞行器的高精度姿态测量要求。     

基于二轴分度台的星敏感器单星测量精度测试方法

针对星敏感器单星测量精度提出了一种基于二轴分度台的测试方法,采用平行光管和二轴分度台分别模拟恒星和地球坐标系,并利用自准直经纬仪建立测量正交坐标系,测得平行光管与星敏感器光轴夹角的理论值与测量值之间的误差即为单星测量精度。为消除星敏感器镜头畸变引起的测试误差,通过最小二乘法和多项式拟合对测试数据进行了分析和校正。应用结果表明,采用该测试方法得到的测角精度与直接观星试验的结果非常接近。     

高精度星图模拟及有效性验证新方法

为在地面上进行星图模拟以测试星图识别算法和星敏感器性能,提出了一种新的高精度星图模拟方法。该方法利用截面圆和固定区域的性质,根据赤纬值求解赤经跨度来确定选星条件;将选出的导航星通过构建理想星敏感器模型,来求解它们在CCD面阵上的精确位置;根据位置信息,采用TFT液晶光阀,以实现高质量的星图模拟;利用星间角距和投影原理的性质来验证星图模拟的有效性。仿真实验结果表明,与现有星图模拟方法相比,此方法选星速度快,模拟实时性好,准确率达到98.8742%,位置精度达到1/50个像素。     

星敏感器曝光时间的优化

星敏感器曝光时间是影响星敏感器星点定位精度的因素之一.建立星敏感器星点像移模型和CCD噪声影响模型,分析了星点质心定位精度与曝光时间的关系,并以CCD47-20为例,对星敏感器的曝光时间进行了优化.结果表明:对于6.5等星,当星点光斑像移速度为4.67 pixels/s时,采用5×5窗口的亚像元质心算法,亚像元质心算法精度随曝光时间的延长而降低,CCD噪声对星点质心定位精度的影响随曝光时间的增加而减小;星敏感器的最佳曝光时间为200 ms,此时的星点质心定位精度优于1/50 pixel.     

高精度星敏感器星点光斑质心算法

高精度星敏感器星点光斑的质心精度是星敏感器整体精度的基础,它需要达到角秒级的量级。因此,提出了一种基于亚像元相关法的星像质心算法。这种算法是利用互相关匹配实现图像定位的原理,将星像质心定位到亚像素上来提高质心精度。它可以克服由于系统误差和图像采集所带来的误差。根据系统的光学参数设计以及星像的光谱、亮度及其在视场中的位置特征,仿真得到点列图模型,针对视场内与光轴的不同夹角仿真制作一系列亚像元理想模板,然后对星像加高斯随机噪声,把有随机噪声的星像与理想星像进行相关运算来求星像质心精度。通过仿真实验,得到相关法具有较高的星像质心精度,定位精度可以优于1/12个像素的量级。     

一种星敏感器安装误差自动化测量方法

针星敏感器安装误差的精确标定,该文提出基于平台式惯性/星光组合导航系统中,星敏感器相对惯性坐标基准的安装误差自动化测量方法。首先基于光电自准直仪测量方式,建立安装误差测量的数学模型,并通过仿真验证模型的有效性。开发一套自动化测试系统,利用高精度的光电测角仪模拟星光,将星敏感器主光轴对准星点,输出星点坐标信息,自准直仪测量标准六面体的姿态,通过与星敏感器坐标对比和软件自动解算得到星敏感器相对标准六面体的安装误差。试验数据能达到5″内的测试稳定精度,证明该方法可准确测量出星敏感器的安装误差,且测试稳定性好,已应用于工程精密测量。     

CMOS星敏感器焦平面装配及标定

针对高精度CMOS星敏感器的使用要求,本文对焦平面装配的误差进行了理论分析,搭建了CMOS星敏感器装配及标定测试系统,利用长焦距平行光管像面移动测量方法进行了星敏感器轴上和轴外的星点成像,获取了焦平面离焦量及倾斜数据.在这些数据指导下,成功完成了对某焦距50 mm,相对孔径1/1.25,全视场20°的CMOS星敏感器的...     

压电式二维微动工作台的迟滞补偿与解耦控制

为了提高压电式二维微动工作台的定位精度,基于改进的Prandtl-Ishlinskii模型设计了前馈与解耦控制器,并结合反馈控制器开发了复合控制系统.在分析x与y方向电压与位移之间迟滞关系的基础上,前馈控制器通过改进的Prandtl-Ishlinskii模型描述迟滞的逆过程,分别补偿了x与y方向的迟滞.解耦控制器通过改进型Prandtl-Ishlinskii模型估算耦合位移值,修正驱动电压,抵消耦合效应引起的位移.复合控制系统结合了前馈与解耦控制器,并加入PID反馈控制进一步提高定位精度.实验结果表明:控制前,x方向与y方向定位误差的最大绝对值分别是4.16μm和4.18μm,而采用复合控制后定位误差的最大绝对值降为0.06μm和0.07μm.这种复合控制方法能够补偿压电式微动工作台的迟滞非线性,无需改变结构或更换零件就能减小耦合效应,有效地提高微动工作台定位精度.     

室内GPS发射器角度校准装置的设计与分析

室内GPS利用测量的水平角和垂直角来定位,其测角误差直接影响到系统的综合测量误差,结合室内GPS的测角误差,提出了室内GPS角度校准装置的技术要求,并分别对俯仰角校准和水平角校准所需准确度进行估计,最终利用新型同轴调整装置结合精密转台和竖轴激光导轨研制了一套室内GPS发射器角度校准装置,试验数据表明该装置的俯仰角测量误差小于0．9″,水平角测量误差小于1．6″,解决了室内GPS发射器水平角和俯仰角的校准问题。     

环境温度对星敏感器测量精度的影响

环境温度对星敏感器测量精度有一定影响.运用光机结合方法,研究环境温度对星敏感器测量精度的影响.在计算典型星敏感器光学系统热效应引起的结构参数变化的基础上,分析了星敏感器星点定位误差.计算结果表明:在视场角0°附近,环境温度变化对星点定位精度影响较小;通过材料匹配,减小系统温度焦移系数,可以减小环境温度变化引起的星点定位误差.热补偿设计后,在环境温度-20～60℃范围内,星敏感器最大测量误差仅为0.02″,约为原系统的1/7.     

提高星图识别正确率的方法研究

在CCD星敏感器中，快速而可靠的星图识别算法成为星敏感器确定姿态的最关键部分．针对星图识别误匹配的存在，通过实验数据探讨了采用不同的星图识别特征、增加参与星图识别的恒星数目、提高恒星位置测量精度和星等测量精度、使用不同的星图匹配门限、选取合适导航星等方法，提高星图识别正确率。实验结果表明，采用这些方法后，星图正确匹配概率大大提高．     

基于线结构光传感器的工业机器人运动学参数标定

针对工业机器人绝对定位精度较低问题,提出一种基于线结构光传感器的工业机器人运动学参数标定方法。首先,将线结构光传感器固定安装在机器人末端,建立传感器测量模型,然后建立机器人运动学模型,通过手眼关系将传感器模型与机器人模型连接组成完整的标定系统模型。其次,使线结构光传感器在不同位姿下对某一固定点进行测量,得到该点在机器人基座标下的坐标值。并建立该坐标值的理论值与实际值偏差的误差模型,从而建立标定方程组,利用最小二乘法辨识出运动学参数误差并修正参数。最后,通过将这些参数更新到理想运动学模型中,比较标定前后测量点之间的位置偏差。实验表明,平均误差和标准差分别减小了50%和42%以上。     

RSS-based Monte Carlo localisation for mobile sensor networks

Node localisation is a fundamental problem in wireless sensor networks. Many applications require the location information of sensor nodes. Received signal strength (RSS) is a simple and inexpensive approach for localisation purpose. However, the accuracy of RSS measurement is unpredictable owing to the nature of the radio frequency (RF) channel. An RSS-based Monte Carlo localisation scheme is proposed to sequentially estimate the location of mobile nodes, using the log-normal statistical model of RSS measurement. The RSS measurement is treated as the observation model in Monte Carlo method and the mobility feature of nodes as the transition model. Our method is widely applicable because the RSS function is easy to implement on nodes, and the mathematical model for mobile nodes may have non-analytic forms. Simulation results about localisation accuracy and cost show that this scheme is better than other methods.     

CCD图象传感器在桥梁动态位移测量系统中的应用

CCD (charge coupled device)图象传感器是近年来发展起来的新型固体图象传感器件,具有光电转换、信号存储和信号传输等功能,在图象传感、信息处理和信息存储等方面得到广泛的应用。本文介绍了 CCD 图象传感器的结构、原理、特点和用途,并具体介绍 CCD 在桥梁动态位移测试系统研制中的应用。该系统采用TCD142D 作为传感器件,由桥跨位移测量子系统、桥础位移测量子系统和数据处理子系统组成。在系统测试软件的支持下,可以测量桥梁动态位移的时域曲线,强迫振动的频谱和桥梁的自振频率,冲击系数,横向两测点间倾角和阻尼值。该系统成功地解决了军用桥梁二维、动态、大位移和多参数的远距离非接触测试问题。     

基于FPGA的高可靠数字太阳敏算法研究

数字太阳敏是卫星姿态控制系统的敏感部件,对提高小卫星数字太阳敏系统的可靠性及精度具有重要意义.提出了基于FPGA的高可靠数字太阳敏算法,首先介绍了数字太阳敏系统原理,分析得出FLASH型FPGA的高可靠性能;然后利用Verilog HDL语言编写图像高斯滤波算法、太阳光斑质心提取算法,并设计了数字太阳敏系统的标定方法.实验结果显示:角度更新速率大于35 Hz,测量范围为-60°~+60°,测量精度优于0.03°,验证了数字太阳敏系统设计的合理性,表明其能够满足数字太阳敏设计要求,提高了小卫星姿态控制精度.     

三线阵CCD相机亚像元精度几何标定方法研究

为了解决三线阵CCD立体测绘相机内方位元素的几何标定问题,提出了一种实现相机亚像元精度内方位元素和交会角标定的方法。该方法利用光学高精度角度发生器和CCD细分测量相结合的检测方法,由最小二乘回归分析,实现相机内方位元素的标定,并通过扫描星点图像标定交会角。校飞实验的数据处理结果验证了该方法的有效性。