多通道舰载星敏感器标定方法

对系统参数的精确标定是研制高精度测量仪器过程中的重要工作。对于多通道舰载星敏感器来说,其光学系统和设备结构参数的精确标定是进行精确定位的重要前提。综合考虑舰载星敏感器光学系统中存在的原点误差、指向误差、轴系不正交、比例尺误差、倾斜误差以及畸变建立了光学系统参数标定模型和方法,结合多通道的系统结构特点建立了设备结构参数标定方法。方法总体标定精度约5?,满足舰载星敏感器定位精度需求。     

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...     

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。     

高精度动态星模拟器的光学系统设计

为了完成星敏感器的地面标定工作,满足动态星模拟器大视场、高精度的技术要求,根据动态星模拟器的工作原理,利用ZEMAX软件完成光学系统设计,实现了高精度动态星模拟器准确模拟星点。实验结果表明:系统焦距为110 mm,视场为16°,光谱范围为0.5～0.8 μm,全视场角内准直光学系统相对畸变≤0.05%,在60线对/mm时调制传递函数（MTF）优于0.7。提出了装配后确定系统实际焦面的方法,最后对光学系统实际出射精度进行分析和实验验证,验证结果表明:设计的高精度动态星模拟器光学系统的成像精度达到9″,实测的星间角距误差均优于13″,整个系统可以满足高精度动态星模拟器的使用要求。     

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.     

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.     

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。     

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。     

静态紫外地球模拟器光学系统设计

静态紫外地球模拟器是一种对紫外导航敏感器进行地面标定和精度测试的设备。本文设计了一种静态紫外地球模拟器光学系统,提出大视场静态紫外地球模拟器光学系统设计方案,对光学系统的参数进行了分析,系统选用七片透镜进行设计,有效孔径为D=10 mm,焦距为f=100 mm,视场角为Φ40°。全视场相对畸变小于0.036%,MTF在50 lp/mm处大于0.7,波像差均方根值小于0.037λ,地球张角偏差??0.006 7°,达到了高精度的指标要求,满足设计要求。     

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。     

一种提高双目视觉测量精度的逐步逼近方法

针对空间坐标对图象平面坐标的非线性光学映射关系,本文提出了逐步逼近实现３－Ｄ空间坐标计算的测量方法。该方法对摄象机的摆放姿态与双目传感器的装配精度要求较低,可去除介质折射产生的坐标计算误差。结合局部标定法,对摄象机光学系统的畸变误差进行校正。实验数据表明,在对双目传感器不提出较高要求的测量条件下,测量结果令人满意。     

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。     

LAMOST球焦面光纤坐标检测方案

对LAMOST光纤定位系统中球冠状焦面板上4000个光纤头位置的检测,要求检测系统检测速度快、精度高,为此采用极坐标旋转扫描装置进行检测。检测装置包括角度传感器和绕球冠状焦面板中心旋转的圆弧形扫描梁,后者由多片线阵CCD软拼接而成,其数据用并行主从结构进行采集与处理。采用“光重心法”对光纤出射光斑信号进行处理,获取光纤端部的位置特征。     

Hydrodynamics of rotating liquid mirrors. I. Synchronous disturbances

The effects of axis alignment errors, planetary rotation, and tidal forces on rotating liquid mirrors are analyzed. These produce a surface distortion that decreases exponentially with distance inward from the rim with a characteristic length l= square root of 3hf/2, where h is the thickness of the fluid and f is the focal length. Even a small tilt of the rotation axis can produce a significant deformation of the optical surface. The maximum surface height error is 3epsilonl, where epsilon is the tilt angle and is typically of the order of 1.5 microm for a 1 arc sec tilt. The main optical effect of the wave is to produce a ring, with angular diameter 6epsilon, offset by half of the diameter in the direction opposite the tilt. This diamond ring aberration can be avoided by accurate alignment of the rotation axis or by masking the outer few centimeters of the mirror. Planetary rotation produces a small deformation of the order of 100 nm for a 10 m telescope at low latitude on Earth. This deformation can be canceled by a small tilt of the rotation axis. Tidal forces produced by the Moon, or by the Earth in the case of a lunar telescope, produce an inconsequential, subnanometer, surface deformation.     

一种立体视觉测量高精度标定新方法

提出一种实现通用摄像机标定和现场高精度立体视觉传感器标定的新方法。该方法无需预先给定初始参数,而是根据投影矩阵计算摄像机参数的初始值,结合镜头畸变的标定数学模型,实现通用摄像机标定;在立体视觉传感器三维测量模型基础上,引入目标距离约束建立结构参数标定优化目标函数,从而得到使空间距离偏差最小的最优结构参数,实现传感器现场高精度标定。实验结果表明,上述方法标定精度较高,已标定传感器空间距离测量相对误差小于0.45%。     

Study on the method of precision adjustment of star sensor

Star sensors are indispensable spatial measurement sensors for high-resolution earth observation and astronomical observations, and the demand for high measurement accuracy of satellite sensors continues to increase; thus, the star sensor optical machine adjustment error cannot be ignored. The commonly used installation error correction method cannot solely meet the precision analysis requirements. In this paper, the relationship between the optical machine installation and the star sensor measurement error is analyzed, and several common adjustment error correction methods are compared. An adjustment method for optical machines is proposed to meet the requirements of very high precision star sensors. The assembly precision requirements of the investigated very high precision star sensor are analyzed considering the whole machine, and then the optical components are controlled through optical precision adjustments to satisfy the precision requirements. Finally, through the complete machine calibration, the star sensor precision adjustment for an optical machine structure is verified. This method meets the requirements of very high precision sensors and is suitable for the precision adjustment of optical machine structures, which is of practical significance to improve the precision of star sensors.     

自适应系统中哈特曼波前传感器光斑质心的最佳标定位置

自适应光学系统中采用CCD作为哈特曼波前传感器的光斑质心位置探测器时,由于光斑的高斯宽度较小会带来大采样误差.针对该问题,本文详细分析了采样误差形成的原因,建立了采样误差、位移敏感度和开环动态范围与光斑高斯宽度、光斑位置以及子孔径大小的数学模型,提出标定时光斑质心的最佳位置是子孔径中心四像素的中心.因为在该位置处,CCD的质心探测具有闭环时采样误差为0,位移敏感度最大,且开环时动态范围最大的特点,为哈特曼波前传感器的标定方法的研究提供了理论依据.