太阳敏感器的原理与技术发展趋势

姿态控制系统是卫星得以持续正常工作的保证。太阳敏感器是卫星姿态控制系统的重要组成部分,所有的卫星都配备有太阳敏感器。简要介绍了太阳敏感器的基本原理和构成,并借介绍几种典型的产品,说明了当前国外太阳敏感器的发展现状。最后对未来太阳敏感器的发展趋势作了简要分析。     

数字式太阳姿态敏感器抗干扰特性研究

分析了天体干扰光斑的位置和光强对卫星数字式太阳敏感器姿态角输出的影响.基于太阳光斑和天体干扰光斑具有不同的输出电压和位置特性,提出了一种分别计算每个光斑的输出电压值和入射角度的比值,并与标定的太阳垂直入射时输出电压值作比较而得到正确太阳姿态角的新抗干扰方法.     

大视场、高精度数字式太阳敏感器

1 引言 太阳具有离地球近、亮度高、发光均匀等特点,把它作为测量目标,测量太阳矢量在敏感器坐标系中的位置,并将测得的该位置信息提供给卫星姿态控制系统,便可以调整卫星的姿态。表1列出了国内外各类卫星姿态控制系统的构成及性能。由此可以看出,几乎所有的卫星上都用到了太阳敏感器,可见其在姿态控制系统中的重要地位。太阳敏感器的主要类别为0-1式太阳敏感器、模拟式太阳敏感器、数字式太阳敏感器。     

线阵红外地球敏感器算法设计

在对卫星或飞行器进行姿态控制时,需用敏感器进行姿态测量。红外地球敏感器通过测量局地垂线获得姿态信息。根据线阵红外地球敏感器产品的特点进行算法设计,通过像元细分的方式提高测量精度,通过多工作模式选择的方式拓展应用环境。在产品上落实软件设计和实现,并进行测试。测试结果表明,该算法具有提高测量精度和增加使用环境可适应性等特点,对于地球敏感器适应微小卫星发展、提供高精度姿态以及实现天文导航等具有重要的推进作用。     

小卫星姿态控制系统的地面测试方法

1 小卫星姿态控制概述 小卫星姿控系统主要由姿态测量敏感器、姿态控制器和执行部件三部分组成.姿态测量敏感器完成对卫星空间姿态的敏感和测量;姿态控制器让控制程序运行,根据姿态信息,进行姿态判断并发送控制指令;执行部件实现卫星的主动或被动控制.     

复杂卫星抖动下的星敏感器姿态测量数据处理技术

由于复杂卫星在轨运行中不可避免地存在着抖动振动,从而导致星敏感器数据不稳和精度降低,这给低信噪比条件下的敏感器姿态测量数据处理带来了很大困难。该文针对复杂卫星抖动情况下数据的处理进行了讨论,分析了星敏感器测量原理及各类误差源产生机理,并在此基础上,重点研究了抖动条件下的星敏感器姿态测量数据处理技术,结合抖动幅频特性,通过寻找用于处理抖动引起误差的幅频分界点,分析了抖动对星敏感器姿态测量精度的影响,并结合卫星姿态确定过程,给出了抖动情况下星敏感器姿态测量数据的处理方法,可有效地提高星敏感器数据处理精度,使不经稳态控制就可对抖动测量数据进行处理成为可能,大大降低了系统的设计成本,缩短了设计周期。     

当前CCD星敏感器及其在航天中的应用

本文阐述了星敏感器的定义、分类;简要地介绍了CCD星敏感器的结构、工作原理和应用;重点介绍了美国、日本、英国和德国研制的几种有代表性的卫星、航天器等姿态测量用CCD星敏感器。     

CCD太阳敏感器技术研究

太阳敏感器是卫星姿态控制系统中的重要测量部件。本文重点阐述CCD（电荷耦合器件）太阳敏感器的优越性及在方案研究中的基本设计，并结合功能测试给出了太阳敏感器的标定原理，最后分析了CCD太阳敏感器的发展及其广泛应用的前景。     

一种新型陆标敏感器算法的研究

卫星姿态将直接影响卫星执行任务结果和在轨寿命,陆标敏感器可以从卫星遥感图像信息中获取卫星的姿态信息。提出一种新型陆标敏感器的算法,根据卫星计划拍摄的理论范围与实际图像范围的偏差,计算出卫星的侧滚、俯仰和偏航三种姿态偏差。该算法的优点在于能与实际任务相结合,在测量分析卫星姿态偏差的同时不影响卫星正常执行任务。     

无陀螺条件下的卫星姿态确定方法

针对典型的基于星敏感器/陀螺组合的卫星姿态确定方法不能解决没有陀螺或陀螺失效的条件下卫星姿态确定的问题,提出了无陀螺条件下的卫星姿态确定方法,并通过实验仿真验证了方法的有效性。该方法利用星敏感器测量信息与姿态动力学方程来进行姿态确定,选用修正罗德里格参数（MRPs）进行姿态描述,基于UT变换的Unscented卡尔曼滤波（UKF）算法来进行姿态滤波。     

基于标准CMOS工艺的片上太阳敏感器研究

微纳卫星对于载荷的苛刻要求使得太阳敏感器的微型化研究具有重要意义。为了解决光学器件和处理电路的集成兼容问题,文章基于标准CMOS工艺提出一种新型片上太阳敏感器,以金属走线层构建微型墙结构,两侧均匀分布pn结构成光电传感器,通过检测两侧光电流比例解算出入射光角度。文章从工艺实现、模型建立、数值仿真和实验测试等方面验证了器件的合理性和可行性。最终,片上太阳敏感器阵列芯片质量为1.5g,尺寸为304.2mm³,检测精度为±1.6°,视场范围为80°,可满足微型化需求。     

Determining the Geographical Location of Image Scenes based on Object Shadow Lengths

Many studies have addressed various applications of geo-spatial image tagging such as image retrieval, image organisation and browsing. Geo-spatial image tagging can be done manually or automatically with GPS enabled cameras that allow the current position of the photographer to be incorporated into the meta-data of an image. However, current GPS-equipment needs certain time to lock onto navigation satellites and these are therefore not suitable for spontaneous photography. Moreover, GPS units are still costly, energy hungry and not common in most digital cameras on sale. This study explores the potential of, and limitations associated with, extracting geo-spatial information from the image contents. The elevation of the sun is estimated indirectly from the contents of image collections by measuring the relative length of objects and their shadows in image scenes. The observed sun elevation and the creation time of the image is input into a celestial model to estimate the approximate geographical location of the photographer. The strategy is demonstrated on a set of manually measured photographs.     

地基太阳雷达探测方法研究

雷达天文学开始于20世纪40年代,不同于天文望远镜接收天体发射的信号的被动观测手段,雷达探测是一种主动观测天体的手段。太阳雷达是利用雷达发射器主动向太阳发射特定波段的电磁波, 并接收反射回波,通过研究回波的性质, 了解日冕磁场结构、日冕物质抛射（CME）的运动状况等重要信息。 本文回顾了利用地基太阳雷达对日冕进行观测研究历史,对地基太阳雷达近些年被边缘化的原因进行了分析,最后还对中国太阳雷达的发展进行展望,地基太阳雷达可以为日冕磁场测量和对地CME的观测及预警预报提供一个全新的探测手段。     

基于天体红外测量的蒙气差计算方法

到达地球表面的天体红外辐射由地球表面的红外“窗口”形成一个特殊的波段。因为大气层的折射，天体红外辐射信号的传播路径为曲线，即天文观测中的蒙气差现象。利用天文观测进行舰船定位，历来倍受各国重视。由于可见光波段极易受到大气云雾的遮挡，无法实现“全天候”天文观测，红外天文观测定位便受到关注。对天体的红外观测能确定天体在天球上的位置，或通过观测红外天体进行天文定位时，须考虑大气对红外波段的折射影响，文中提出了观测天体红外信息的蒙气差ρ的理论计算和修正方法，具有一定的实用性。     

一种基于红外传感器的无人机姿态测量方法

针对红外温度传感器能灵敏感应天空地面热辐射的特点,提出了一种基于红外传感器测量无人机姿态信息的方法,相比传统姿态测量传感器,红外传感器具有体积小、重量轻、无漂移、成本低等优点;针对该方法介绍了由三对正交安装的红外传感器测量姿态角的基本原理及能获得更好视场角的45°安装方式;并通过场地实验获得了红外传感器的对地倾角和输出电压的函数关系;通过推理得到无人机姿态测量算法,实现了根据红外传感器的差动输出信号计算无人机的姿态角;同时对太阳的干扰问题作了适当的研究;为了验证算法的可靠性,进行了机载飞行实验。实验结果表明,该方法可以有效的测量无人机的姿态角。     

白天天体光谱偏振成像技术及实验研究

为了解决白天天体观测能力受限问题,采用光谱偏振成像技术,并结合天空背景偏振态实时测量方法,显著降低大气散射影响,将提高白天强背景下天体探测信噪比和对比度.讨论了针对天空强背景下天体光谱偏振成像探测原理,介绍了相关实验系统,开展了白天恒星光谱偏振成像实验研究,获得了星等为6.33的恒星目标实验结果,并与光谱强度图像进行了对比.实验结果表明了使用光谱偏振成像能够明显改善天体探测对比度,证明了光谱偏振成像技术能够很好地应用于白天天体天文观测研究.     

基于单片机的太阳自动跟踪系统的研究

为了提高太阳光伏发电系统的转换效率,对太阳进行自动跟踪是很有必要的。设计一种基于AT89C51单片机的太阳自动跟踪系统。采用程序控制,利用光学传感器对太阳能板做自动定位和误差校正,而通过单片机控制步进电机来实现系统。理论分析和设计结果表明,系统实现了对太阳的自动跟踪,能大大提高太阳能的利用率。该系统价格低廉、性能可靠,具有较高的实用价值。     

对地面某区域某时段连续覆盖的卫星轨道计算

为了对地面某一区域在未来某一时段连续覆盖,需要对在轨卫星变轨,并计算变轨后的卫星轨道参数。基于在轨卫星部分轨道参数(椭圆轨道a,i,e,圆轨道a,i)和t时刻星下点的位置坐标及卫星的地面高度,计算卫星的6个轨道参数,从而得到t时刻对星下点位置为中心的区域覆盖所需要的卫星轨道参数。利用t时刻卫星在J2000.0平天球坐标系3个坐标轴的位置与速度分量计算其卫星轨道参数。用STK卫星工具箱软件6.0高精确度轨道产生器仿真,输入所得的t时刻卫星轨道参数,运行STK 6.0得到的星下点位置与事先设置的星下点相距6.63 m,完全满足卫星对地面覆盖的需要。欲对该区域在t时刻以后的一段时间连续覆盖,所需要的卫星轨道参数可按共地面轨迹计算;通过STK 6.0高精确度轨道产生器对计算得到的卫星轨道参数进行仿真,验证了计算结果的正确性。