面向微小卫星的可见光地球敏感器设计

可见光地球敏感器是卫星姿态控制系统中一个重要的姿态测量器件。基于CMOS图像传感器,设计一套面向微小卫星的可见光地球敏感器,设计的该地球敏感器具有结构简单、体积小、重量轻、功耗低的特点。本文从地球敏感器的工作原理出发,提出了整个敏感器的构架,并完成了整套系统的软硬件设计。在图像处理过程中,采用一种新的快速Hough变换,极大提高了姿态测量的速度。测试结果表明该地球敏感器的测量精度约为0.1°,很好满足了微小卫星姿控系统对精度的要求。     

面向微小卫星的全视场数字太阳敏感器设计

本文提出一种新型的全视场数字太阳敏感器设计方法,其光学系统由全景鱼眼镜头和滤光膜组成。采用低功耗设计,在满足精度的要求下,使其能够适应微小卫星对于数字太阳敏感器功耗的限制。从工作原理出发,建立起该敏感器模型并通过软硬件实现,利用太阳模拟器对数字太阳敏感器进行标定及误差分析。实验表明,基于全景鱼眼镜头的数字太阳敏感器的视场为180°×360°,在160°×360°视场的测量3δ精度优于0.18°,整机功耗150 mW,能够满足微小卫星姿态确定系统对于数字太阳敏感器的需求。     

高精度大型地球模拟器及红外标定转台

圆锥扫描式红外地平仪已普遍应用于卫星姿态测量系统中。本文简述了为解决其测试标定而研制的标定转台及高精度大型地球模拟器。该设备的技术指标达到了国内同类设备的先进水平。它曾对我国已成功发射的某些型号卫星上的红外地平仪进行了测试标定,并将用于今后研制的红外地平仪测试标定中。本文较详细地介绍了该设备的设计考虑、工艺实施及调试结果等方面问题。     

面向微小卫星的星敏感器研究

研制了一款新型面向微小卫星的星敏感器,采用商用器件构成以满足微小卫星对小型化的要求.星敏感器由工业镜头、DSP、低功耗CPLD和灰度型CMOS图像传感器组成.为进一步提高测量精度以满足卫星的需求,针对星敏感器的成像模型进行了分析,并用恒星校准的方式补偿了光学参数;对恒星处理算法进行了分析,在图像处理环节特别地采用了中值滤波技术,解决了孤立脉冲噪声对星点提取的影响.基于地球自转的星座跟踪实验表明,所研制的星敏感器样机欧拉角回归标准差为30″,已可实际应用于微小卫星平台.     

基于SIMULINK的卫星姿控系统的仿真实现

卫星姿态确定数学模型涉及到姿态敏感器系统、卫星姿态动力学与运动学原理以及数据处理方法，系统对象比较复杂。首先，基于欧拉角法和四元素法建立了微小卫星姿态运动学模型，基于相平而控制法建立了采用恒定推力的开关式控制的喷气姿态控制系统，随后，在MATLAB的Simulink交互式仿真集成环境中对模型进行仿真研究，验证了模型的有效性；最后，对卫星模型选取了适当的参数，仿真结果满足对定姿精度和姿态稳定度的要求，完成了模型的设计。为说明卫星姿态控制中相关的算法，文中介绍了simulink模块的结构框图。     

红外地球敏感器的技术发展趋势

姿态控制系统是卫星得以持续正常工作的保证,红外地球敏感器是卫星姿态控制系统的重要部件之一.简要说明了红外地球敏感器的基本原理和构成.通过几种典型国外产品的介绍说明了当前国外地球敏感器的发展现状,最后,对红外地球敏感器的发展趋势进行了简要分析.     

低成本姿态控制敏感器的新家族

本文介绍满足人造卫星姿态测量要求的新一代光学敏感器的发展状况。这些敏感器包括：一种新型两轴全静态红外地球敏感器(现已通过鉴定)。它用来测量三轴稳定卫星相对于地平线的俯仰与滚动姿态；一种新型多功能、全自动、低成本的星跟踪器。这种星跟踪器(现已通过鉴定)为姿态控制分系统提供三轴姿态和卫星角速度信息；一种用来测量卫星俯仰与滚动姿态角的新型太阳敏感器。它质量很轻，价格很便宜。     

具有轨道保持能力的低成本地球观测卫星的姿态控制系统

UoSAT-12是由萨里卫星技术有限公司(SSTL)制造的一种低成本小卫星。此外。UoSAT-12也是未来地球观测卫星星座中用于验证高性能姿态控制和轨道保持技术的一个技术验证卫星。该卫星采用三轴反作用轮配置和冷气推进系统来确保精确和快速的姿态控制，例如，在轨道机动期间的姿态控制。磁力矩器线圈主要辅助飞轮动量卸载。本文简述了支持下列功能所要求的几种姿态控制模式：1)初始姿态捕获，2)目标定向和跟综期间高分辨成像有效载荷的操作，3)轨道机动期间的推进系统机动。本文阐明这些控制模式运行时具体采用了姿态控制器和状态估计器。文中介绍了各种仿真和在轨检测结果，用来评估性能和设计目标。为了提高控制和估计的精度，对星上敏感器和执行机构采用了在轨标定和校准程序。文中发表了这些程序的一些标定结果及最后实现的精度改进。     

大视场数字式太阳敏感器设计

提出了一种新型的大视场数字式太阳敏感器设计方法,其光学系统由全景环形光学镜头和滤光膜组成.该敏感器具有视场大、结构简单及功耗低的特点.从工作原理出发,建立了该敏感器模型,并利用搭建的实验平台,对敏感器进行精度标定.设计中,采用非线性最小均方最优解来确定模型中的参数.对测量误差进行分析,消除系统误差后,敏感器的测量精度由...     

一种热敏电阻红外探测器低频噪声测试系统

红外探测器是卫星姿态测量系统的关键元件,其质量决定整个卫星姿态测量精度;针对负温度系数热敏电阻型红外探测器,在详细讨论其低频噪声种类、产生机理及理论模型的基础上,研究了其低频噪声的测试方法,基于虚拟仪器技术,建立了探测器低频噪声测试系统;对比测试结果表明,该测试系统精度在5％以内(以Aglient动态信号分析仪测试结果为基准);采用该系统对航天型号用探测器多次老化前后的测试结果表明:低频噪声参数的变化与电阻值的变化具有相同的趋势,但前者明显高于后者(40次热循环后电阻变化2％、1/f噪声幅值B变化27.8％、转折频率fc变化50.3％);研究结果将为热敏电阻红外探测器低频噪声筛选参量的确定提供实验平台及理论依据.     

基于红外地平仪的航天器姿态确定技术

卫星的发展趋向于微小型化,研究小型化、廉价、可靠和中等精度的自主导航系统是非常有必要的.本文提出应用红外地平仪的对地定向航天器姿态确定算法.根据卫星姿态动力学模型建立了基于欧拉角的姿态确定滤波模型.利用地平仪测得的姿态信息,通过卡尔曼滤波器可以确定航天器姿态.进一步提出了姿态确定滤波算法.通过仿真实验,分析比较了模型噪声和测量噪声对定姿精度的影响.仿真算例结果表明,红外地平仪定姿方案可以满足中等姿态精度要求,在对地定向航天器自主导航中具有良好的应用前景.     

An algorithm for high precision attitude determination when using low precision sensors

The technology for high precision attitude determination when using low precision sensors is a key requirement of a modern small satellite. This paper presents a new attitude determination algorithm termed preprocess EKF(PP-EKF) based on preprocessing of the sensor data. It can enhance the overall modeling accuracy by using the quadratic penalty function to correct the dynamic model error and angular velocity error in realtime, based on the information fusion of the current and the past measurement information. The measurement model of the EKF is linearized by introducing the q method. The solution error of this process is also corrected to further improve the accuracy of the measurement model and make better use of measurement data from the low precision sensors, to obtain good attitude determination results. Finally, the simulation results demonstrate the high reliability and other advantages of the proposed algorithm.     

LoRa射频芯片的无线激光甲烷传感器设计

为解决目前煤矿无线甲烷传感器在实际应用中存在的功耗高、通信距离近、响应速度慢以及精度低等诸多问题,本文基于LoRa通信技术,以ARM主控制器STM8L151C8T6和LoRa射频芯片SX1268为核心,设计了一种无线激光甲烷传感器。重点介绍了传感器的工作原理及低功耗的实现方案,给出了硬件电路设计和软件程序流程。经实验验证该无线激光甲烷传感器具有通信距离远、功耗低、精度高等优势,解决了现存的问题,对提升安全监控系统运维的智能性和可靠性具有重要意义。     

组合大视场星敏感器自主定轨方法

在卫星自主轨道确定中，敏感仪器和其使用方法是很关键的问题。如何利用低成本的设备实现高精度自主定轨，足一个值得研究的重要课题。该文提出了一种组合大视场星敏感器自主定轨方法，在该方法中，整个地球在敏感仪器视场范围内，且每个星敏感器能至少观测到星光穿过地球边缘周围附近的一颗恒星。这样既可利用星敏感器的高精度，又可得到观测整个地球边缘附近恒星所需要的大视场；叙述了利用组合大视场星敏感器确定地心的方法；最后运用广义号尔曼滤波算法进行了仿真。考虑到星表、敏感仪器和仪器标定精度，星光大气折射改正以及地球非球形几何改正，其定轨精度估计可达100m～150m．     

基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法

为了解决传统航天器姿态测量方法中存在的误差率高的问题,提出基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法。首先对使用的精密星敏感器进行设计,并将在不影响航天器运行的前提下安装在合适的位置上。通过建立运动坐标系、坐标参数转换和设置姿态参数三个步骤得出航天器运动模型,在该模型下分析出航天器姿态的基本运动规律、利用精密星敏感器识别并选取航天器空间下的任意三个星点,最后综合定位的星点和航天器姿态的运动规律,从不同的角度上确定航天器姿态测量结果,为了提高航天器姿态测量结果的精度进行标定处理。通过模拟实验分析得出结论：与传统测量方法相比,基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法的平均误差率降低了6.0%。     

基于总线传输的锚杆应力传感器研制

针对传统锚杆应力传感器存在的功耗较大、抗干扰能力差、系统繁杂等问题,研制了一种基于RS485总线传输的低功耗锚杆应力传感器.创新性地采用高精度的电阻应变片原理的应力检测元件,显著提高了传感器的检测精度.从器件选型、低功耗运行机制两方面详细介绍了接口EMC电路、DC-DC降压电路、元件供电电路、差分信号放大电路、数码管显示电路、遥控电路、声光报警电路、通讯电路八部分硬件电路设计方案,以及传感器的软件流程.进行了实验室基本性能实验,实验结果表明,传感器具有低功耗高精度的特点,实现了一条总线带载10台的设计需求.