小卫星立体成像姿态控制半物理仿真

随着小卫星功能需求不断提升,小卫星同轨立体成像技术成为学者研究的焦点.针对某小卫星单线阵 CCD相机同轨立体成像期间的姿态控制半物理仿真展开研究.分析得出小卫星同轨立体成像过程中的姿态运行规律,对同轨立体成像的姿态控制算法进行设计,利用相似原理和姿态运行规律设计半物理仿真环境.基于高精度单轴气浮转台和星上部件建立小卫星立体成像姿态控制半物理仿真平台.利用该平台进行了同轨立体成像相关的姿态控制半物理实验.实验结果表明该小卫星立体成像过程中俯仰轴机动52°,用时67 s 完成,且达到三轴稳定状态.姿态控制指向精度优于0.05°,稳定度优于0.005°/s.表明设计的小卫星姿控方案可以完成单线阵 CCD 的同轨立体成像.     

基于FPGA的高可靠反作用飞轮控制算法研究

反作用飞轮是卫星姿态控制系统的执行部件,提高小卫星飞轮系统的可靠性及控制精度具有重要的意义.提出了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高可靠反作用飞轮控制算法,首先介绍了反作用飞轮系统原理,分析得出FLASH型FPGA的高可靠性能,然后利用Verilog HDL语言编写浮点运算单元,并设计分段PI控制器.实验结果显示,速度响应从静止至6 000r/min耗时10s,超调量小于2r/min,稳态控制精度小于0.5r/min,验证了反作用飞轮系统设计的合理性,能够满足反作用飞轮的设计要求,进而可提高小卫星姿态控制精度.     

小型CMOS太阳敏感器

提出并设计了一种基于FPGA的小型CMOS数字式太阳敏感器.对其光学系统设计参数进行了合理选择,采用了"质心法"求取太阳像光斑中心位置,并用最小二乘法对该太阳敏感器进行了标定.经过测试,应用该技术实现的太阳敏感器样机的视场范围可达到60°×60°,测角精度可达到0.05°,帧频10Hz,质量小于250g,总功耗为750mW.包括处理电路在内的整个结构尺寸为80mm×80mm×35mm.     

RBF网络及其在卫星姿态控制中的应用

提出了一种基于RBF网络扰动力矩补偿的控制技术，通过在传统PID控制的基础上，引入RBF网络补偿环节，进一步抑制了扰动力矩的影响，提高了卫星姿态控制精度，首先给出了RBF网络的学习算法，然后根据全补偿原则设计了神经网络补偿姿态控制方案，最后结合某型卫星的姿态控制系统设计实例，进行了数学仿真，结果表明：有RBF网络补偿的系统，姿态的稳态精度得到了明显的改善。     

一种新型太阳敏感器

太阳敏感器是卫星姿态控制系统中常用的一种光电敏感器.当卫星控制系统转入应急模式时,太阳敏感器的宽视场快速捕获太阳尤为重要.本文设计了一种梯形狭缝式太阳敏感器,该敏感器具有大的检测视场(157°)且可满足大太阳角(最大175°)下的应用,而采用梯形狭缝设计可大幅度减小太阳角大范围变化对太阳脉冲宽度的影响,从而便于后续处理电路的设计.实际的在轨飞行试验中验证了这种太阳敏感器的实用性.     

基于FPGA的改进FFT模块在数字脉冲压缩系统中的应用与实现

FFT算法是一种实现数字脉冲压缩的高效、灵活的方法,也是实现数字数字信号中重要技术.利用并行存储器和流水设计改进了FFl模块,运用FPGA实现1024点的FFT运算.另外,应用的乒乓存储技术使该模块提高了数据传输的效率,很好的满足了系统实时性和精度要求.     

基于MEMS光线引入器的太阳敏感器技术

太阳敏感器是卫星等航天器上的重要姿态测量部件,其原理是测量太阳光线和敏感器本体主轴的夹角,近而确定卫星的指向.随着MEMS技术和高精度图像传感器技术的发展,将MEMS光线引入器阵列和APS(Active Pixel Sensor)图像传感器技术进行组合,在不增加系统的质量和功耗的情况下通过多个成像阵列来降低系统的随机误差,提高成像中心位置的准确性,从而将太阳敏感器的测量精度提高一个量级.同时采用图像预测提取相关算法(Future Extraction and Image Corre-lation-FEIC),提高了系统的鲁棒性,在部分小孔受到堵塞等干扰情况下,依然保证系统正常工作,精度上基本上不受影响.传统的太阳敏感器一般采用单孔式光线引入器和CCD等方案来实现的,精度比较低.这种新设计思路和实现方法为太阳敏感器系统的可靠性提供了重要保障.     

精密电感测微仪中的数字相敏检波技术研究

本文根据反相采样的原理,将数字相敏检波技术应用于电感测微仪中,提出了具体的实现方法和算法,并给出了相应的流程设计.通过实验结果表明,采用数字反相采样相敏检波法提高了电感测微仪精度,能在精密和超精密测量中使用.     

基于FPGA延迟线插入法的半导体激光测距

为了提高系统的集成度,同时兼顾精度,介绍用FPGA延迟线插入法采实现较高精度的脉冲激光测时、测距的原理和技术途径.FPGA延迟线插入法是在直接计数法的基础上,采用FPGA内部延时单元将时间间隔转化为数字量,经高速锁存器锁存后得到代表延时信息的温度计编码值来实现高分辨率的时间测量.提出了一种实用的高速时钟下(400 MHz)延迟线延时信息的锁存方法,并设计了FPGA时间数字转换电路及其延迟单元时间测量电路.测试结果表明,FPGA延迟线插入法可以将单点时间分辨率提高到80 ps,多次测量可达40 ps,对应距离分辨率为毫米级.将其应用于脉冲激光测距系统,进行了测距实验研究,给出了实验数据和测量误差分析,最终得到±10 cm的测距精度.     

基于SOPC的太阳敏感器信息处理系统

基于内嵌处理器软核MicroBlaze的FPGA,设计了一种太阳敏感器信息处理系统。采用MicroBlaze软核实现光斑质心提取和姿态换算,并通过其它逻辑资源实现图像传感器驱动、图像存储和接口通信等模块的时序控制,同时根据MicroBlaze软核的特点,提出了一种基于扫描方式的质心提取算法。结果表明,具有单精度浮点运算能力的MicroBlaze软核能够保证太阳敏感器质心提取和姿态计算的精度;基于扫描方式的质心提取算法流程简单,占用资源少;采用SOPC的太阳敏感器无需DSP或ARM等协处理器,减小了硬件设计复杂性,提高了系统的集成度和性能。     

卫星太阳敏感器模拟器校准技术研究

针对卫星姿轨控半实物仿真系统的技术要求,提出了一种用于太阳敏感器模拟器的校准装置。校准装置以FPGA和AVR单片机为控制核心,微型单板电脑模拟动力学计算机,通过网口进行指令的上传下达。内置信号调理电路、高精度采集模块,数据解算模块等。该校准装置集成度高,替代了原有由数字表、动力学计算机等组成的复杂校准系统,有效地降低了成本,提升效率约40%,实现了太阳敏感器模拟器的快速全过程在线校准。     

基于组合方式的掘进机导航系统研究

掘进机时走时停的迈步式工作特点导致其难以实现定向掘进,这一直是国内外面临的技术难题.为实现煤矿巷道掘进机的位姿测量,提出一种基于组合方式的掘进机导航系统(即组合导航系统).首先,以十字激光指向仪的激光束为识别特征,结合自主研制的激光接收标靶,组建光电传感器导航系统,并构建掘进机机身位姿解算模型;然后,通过递推最小二乘(...     

A vision-based DSP embedded navigation sensor

Spacecraft missions such as spacecraft docking and formation flying require high-precision relative position and attitude data. Deep space missions require the use of alternative technologies. One such technology is the vision-based navigation (VISNAV) sensor system developed at Texas A&M University. VISNAV comprises an electro-optical sensor combined with light sources or beacons. This patented sensor has an analog detector in the focal plane with a rise time of a few microseconds. Accuracies better than one part in 2000 of the field of view have been obtained. Simultaneous activation of beacons with frequency division multiplexing is given as part of the VISNAV sensor system. The synchronous demodulation process uses digital heterodyning and decimating filter banks on a low-power fixed point digital signal processor, which improves the accuracy of the sensor measurements and the reliability of the system. This paper also presents an optimal and computationally efficient six-degree-of-freedom estimation algorithm using a new measurement model based on the attitude representation of modified Rodrigues parameters.     

包装称量工作站控制系统设计

目的 为提高包装称量精度,利用FPGA控制器设计一种包装称量工作站控制系统.方法 介绍包装称量工作站基本结构,包括称量传感器、核心控制器、称量仪表等.给出了基于FPGA的称量控制系统结构,主要包括传感器信号处理电路、模数转换电路、FPGA控制器、显示模块、存储模块以及通讯电路等.基于过程神经网络设计一种称量控制器,可在一定程度上提高称量精度.最后,进行实验研究.结果 人工称量的平均误差为2.39 g,称量合格率只有65％;自动称量的平均误差为0.88 g,称量合格率则可以达到98.3％,称量精度明显提高.结论 所述包装称量工作站的称量精度明显高于人工模式,可靠性高,具有一定的推广价值.     

基于FPGA的网络导纳测量仪设计与实现

为了实现对无源端口网络的导纳进行自动测量,根据虚拟仪器设计思想,设计实现了基于FPGA的网络导纳测量仪,系统以FPGA作为数字平台模拟产生优质的正弦信号,在单片机C8051的控制和处理下,自动实现端口网络（RL或者RC电路）导纳值的测量、计算、显示,同时具有频率步进测量功能。实验表明,该导纳测量仪性能稳定、操作简单、测量精度高,具有广阔的应用前景。     

Precision pointing of imaging spacecraft using gyro-based attitude reference with horizon sensor updates

Remote sensing satellites are required to meet stringent pointing and drift rate requirements for imaging operations. For achieving these pointing and stability requirements, continuous and accurate three-axis attitude information is required. Inertial sensors like gyros provide continuous attitude information with better short-term stability and less random errors. However, gyro measurements are affected by drifts. Hence over time, attitudes based on the gyro reference slowly diverge from the true attitudes. On the other hand, line-of-sight (LOS) sensors like horizon sensors provide attitude information with long-term stability. Their measurements however are affected by the presence of random instrumental errors and other systematic errors. The limitations of inertial and line-of-sight sensors are mutually exclusive. Hence, by optimal fusion of attitude information from both these sensors, it is possible to retain the advantages and overcome the limitations of both, thereby providing the precise attitude information required for control. This paper describes an improved earth-pointing scheme by fusion of the three-axis attitude information from gyros and horizon sensor roll and pitch measurements along with yaw updates from the digital sun sensor. A Kalman Filter is used to estimate the three-axis attitude by online estimation and corrections of various errors from the sensor measurements. Variations in orbit rate components are also accounted for using spacecraft position and velocity measurements from the satellite positioning system. Thus precise earth-pointing is achieved     

基于图像识别的铝塑包装材料边缘检测

目的为了提高铝塑类包装材料的边缘检测精度,基于图像识别技术设计一种边缘检测方法。方法介绍Canny边缘检测算法,针对其双阈值选择比较困难、边缘检测精度不高等问题,利用Ostu算法实现高、低阈值的选取。基于FPGA(现场可编程门阵列)和DSP(数字信号处理器)搭建一种图像检测系统,并给出系统框图及FPGA内部结构,即异步FIFO模块、串入并出模块、像素窗口刷新模块、数据处理模块以及配套电路等,并以药品铝塑泡罩包装为例进行实验研究。结果改进的Canny算法在保证处理速度的前提下,所检测图像清晰细致,能够得到完整边缘。结论该方法具有准确度高、稳定可靠、识别速度快等特点,可满足包装过程产品检测要求。