星敏感器在地面观星实验的结果分析

星敏感器是为航天飞器姿态控制系统提供姿态信息的测量系统。室外的实际观星,对检查星敏感器软件算法的正确性和实际星目标探测灵敏度能力,具有重要指导意义。本文介绍了星敏感器在云南天文台进行的观星实验,并对实验结果进行了分析。     

科学级CCD相机在星敏感器中的设计与应用

星敏感器通过探测天球上不同位置的恒星来确定航天器的姿态。星相机是星敏感器的成像系统。虽然近年来CMOS成像技术快速发展,但在科学级成像领域,特别是星敏感器应用中,CCD技术较成熟。本文的研究目的是研究一种探测能力强、数据更新快的用于星敏感器的成像系统。文中主要研究了基于TH7888A科学级CCD传感器的星相机的设计和应用,说明了CCD工作原理,详细分析了该种CCD传感器的星等探测灵敏度,论述了CCD星相机的设计方案。并用成像实验、动态范围测试、星等探测能力实验等实验验证了所设计的相机的性能。设计的星相机可以用给定的小型光学系统在60 ms以内的积分时间探测6等星,相机可达到10帧/秒的图像数据更新频率,满足短积分时间进行快速星光成像的要求。     

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。     

基于CMOS APS的星敏感器光学系统结构设计与优化

基于CMOS APS的星敏感器是适应航天技术微型化的发展而产生的新一代姿态敏感器.结合星敏感器系统帧频以及探测信噪比阈值的要求,确定了合适的CMOS探测器件以及光学系统的通光孔径、焦距、工作光谱范围和中心波长等主要参数.分别基于球面和非球面,在ZEMAX平台上实现了具有良好像质的大孔径(F/1.198)、大视场(22.6°)、宽光谱范围(0.5～0.8 μm)的两种光学系统的结构设计,满足了对弥散斑、能量集中度、畸变等的特殊要求.     

CMOS APS噪声对星斑质心定位精度的影响

CCD作为星敏感器探测器的技术已经比较成熟,但其瓶颈限制也日渐显露.本文以IBIS5-B-1300A探测器为例,具体分析CMOS APS各种噪声对星敏感器星像质心定位精度的影响,在理论上分析CMOS探测器所能达到的质心定位精度上限,并通过建模仿真验证理论分析结果,得出弥散斑束腰宽度为0.7,开窗大小为5×5时质心算法精度最高,固定模式噪声(FPN)对质心定位精度影响最大等结论,为星敏感器探测器的选型以及提高系统星点定位精度的潜力提供理论上的依据和支持.     

利用系统辨识的星敏感器模型修正与测角精度检测

2.中国科学院大学,北京100049)摘要:为了提高星敏感器的测角精度,提出了一种采用系统辨识法对星敏感器模型进行修正以及测角精度检测的方法。首先分析了星敏感器的理论测量模型以及像面坐标与星点目标的空间位置关系,然后给出了用模型修正来提高星敏感器测角精度的原理和数学模型。修正模型由系统辨识方法得到,同时为了提高辨识精度,文中采用将星敏感器像面划分为多个区域,每个区域单独建模辨识的方式。最后利用某星敏感器进行了实验,利用该方法进行模型修正后,星敏感器的测角精度为σx=1.68″、σy=1.91″,而修正前的测角精度为σx=17.43″、σy=23.46″。结果表明,采用该方法可以使星敏感器测角精度得到大幅提高,同时也完成了测角精度的检测。     

弹性安装船用星惯组合导航系统安装角动态标校方法

针对船用星惯组合导航系统中惯性导航系统和星敏感器之间刚性和弹性两种不同的安装方式,提出了一种星敏感器安装角的动态标校方法。该方法以星敏感器得到的姿态数据和惯导系统输出的姿态数据构建滤波观测量,基于惯导误差传播方程构建状态方程,通过Kalman滤波实现对惯导系统姿态误差和星敏感器安装误差的动态最优估计。基于"远望三号"航天测量船的实测导航数据、船体弹性角形变数据对该动态标校方法进行了仿真测试,结果表明星敏感器与捷联惯导系统之间本地刚性安装时安装角动态标校误差较小,异地弹性安装时由于安装误差角的动态变化导致标校误差较大。     

高精度星敏感器二轴标定转台的设计

作为航天飞行器的姿态控制重要元件星敏感器,其控制精度的检测标定显得尤为重要,本文针对星敏感器测量空间里间角距的重要指标,提出了采用高精度二轴转台的设计方案,较好地实现了对星敏感器静、动态标定的目的,并对二轴转台的设计进行了详细的介绍．     

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.     

三轴紫外光学成像敏感器

设计了一种三轴紫外敏感器,解决了近地轨道大视场观测问题。通过非常规光学系统,即反射阵列组合式光学系统,将一圆型大视场分成八个子视场成像、叠加后经图像处理,为卫星提供三轴姿态信息和自主导航数据。三轴紫外敏感器标定精度为偏航小于0.05°,俯仰小于0.05°,滚动小于0.05°。研制成的工程样机,通过观星试验和利用星模拟器测试,三轴紫外敏感器可以观测到5等星;紫外波段敏感器可以作为是深空探测航天器重要敏感器之一。     

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.     

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．     

基于光学小波变换的机器人视觉传感器设计

针对视觉系统处理速度慢的问题,利用光电信息技术设计出基于光学小波变换的机器人视觉传感器。该传感器用4 f光学处理系统实现光学小波变换滤波,以计算机编程加载滤波器,因此兼有光学信息处理的二维、高速、并行和大容量的优点,以及计算机控制灵活的优点。图像特征提取仿真实验结果表明:效果理想,处理速度快,方案可行。     

星敏感器外场观星标定及检验方法研究

介绍了星敏感器的主要检验标定方法-外场实测观星标定方法,以及实验平台的组成和搭建。根据对双CCD探头星敏感器获取的实验数据进行处理、分析,给出了动、静态三轴姿态精度和数据更新率。实验结果表明,采用这种方法可对星敏感器的精度、更新率、敏感星等级、捕获时间等指标进行检验,可信度高。     

灵敏度自动设定的色标检测传感器

色标检测方法从原理上分为色度学方法和光度学方法两种。根据光度学色标、底色色差检 测原理,设计了灵敏度自动设定的色标检测传感器,该传感器由同轴光学系统和单片机构成,软件主要包括光源色自动选择判别算法,灵敏度自动设定算法及灵敏度设定点动态修正算法。实际应用表明该传感器给使用带来方便,且提高了动态检测可靠性。     

Transparent and Flexible Cellulose Nanocrystal/Reduced Graphene Oxide Film for Proximity Sensing

The rapid development of touch screens as well as photoelectric sensors has stimulated the fabrication of reliable, convenient, and human‐friendly devices. Other than sensors that detect physical touch or are based on pressure sensing, proximity sensors offer controlled sensibility without physical contact. In this work we present a transparent and eco‐friendly sensor made through layer‐by‐layer spraying of modified graphene oxide filled cellulose nanocrystals on lithographic patterns of interdigitated electrodes on polymer substrates, which help to realize the precise location of approaching objects. Stable and reproducible signals generated by keeping the finger in close proximity to the sensor can be controlled by humidity, temperature, and the distance and number of sprayed layers. The chemical modification and reduction of the graphene oxide/cellulose crystal composite and its excellent nanostructure enable the development of proximity sensors with faster response and higher sensitivity, the integration of which resolves nearly all of the technological issues imposed on optoelectronic sensing devices.