基于TMS320C6701的星敏感器电路系统的设计

介绍了TMS320C6701芯片的主要功能特点及内部结构,建立了以DSP为核心的星敏感器信息处理电路系统,并在此系统中成功实现了快速的全天球星图识别.实验结果表明,在不降低星图识别率的条件下,该算法在本系统中的运行速度为0.47s.比基于RISC的星敏感器数据处理单元的速度提高近一倍.     

低频振动对星敏感器成像影响分析

航天器高速飞行产生的不规则振动会对捷联方式安装的星敏感器星图成像过程带来负面影响.为了提高星敏感器星图成像质量,补偿不规则振动对星图成像带来的图象失真问题,通过采用点扩散函数理论描述运动成像过程,从成像机理角度分析了振动对星图成像的影响,利用该理论分析结论仿真得到了不同振动形式影响下的星图.结果表明:星敏感器成像过程受到环境振动影响会产生拖尾、扩散、旋转等现象,为星敏感器的减震设计和星图还原与提取提高了参考.     

基于矩阵星图识别算法的卫星三轴姿态确定方法研究

针对基于星敏感器的三轴稳定卫星姿态确定系统,总结比较了目前用于姿态确定的常用姿态敏感器的性能,引出了星敏感器的核心-星图识别算法,进而分析比较了当前星敏感器星图识别相关的几种算法的优缺点,重点研究了栅格算法;并在此基础上,提出用矩阵星图识别算法,建立了基于矩阵星图识别算法进行卫星三轴姿态确定的数学模型,从而简便、快捷地求出卫星任意时刻的三轴姿态参数;最后利用Matlab分别实现了用栅格算法和矩阵法进行星图识别的仿真,验证了矩阵识别算法的优点,对于研究卫星姿态确定和提高星图识别算法的效率和精度有一定的参考价值.     

基于多视场星敏感器的三角形星图识别方法

为解决现有基于单星敏感器的星图识别中由于成像视角小,星图恒星数量不足而造成的星图识别率偏低的问题,提高星图识别的准确度和精确度,提出了一种基于多视场星敏感器的改进三角形星图识别方法;该方法通过将相同位置相同时间不同姿态角获得的多幅星图基于星图自身径向特征拼接成一幅多视角、不失真的星图,利用拼接后的星图进行星图识别,同时采用分块方式存储星对角距以及利用哈希查找提高星图识别效率;实验随机识别500幅星图,仿真结果表明,与传统的单视场星图匹配算法相比,该方法具有更高的星图识别率和匹配精度,当星图恒星数量达到30以上时,平均识别率能基本达到97%,且识别速度提高了11倍左右。     

高精度星敏感器的导航星识别定位算法研究

介绍了星敏感器的基本工作原理,分析了恒星能量在星图的分布特点,结合星图的特点提出了星敏感器导航星点识别定位方法,按照处理顺序,介绍了导航星阈值确定,连通性分析和内插细分等其中各步骤算法,并用星敏感器通过导航星角距标定新方法对该方法进行了定位精度检测,取得了较为满意的结果。     

基于主星对的星图识别算法

星图识别是星敏感器确定卫星姿态的关键技术。在传统三角形识别算法的基础上，将星图中最亮的两颗星作为主星对，其它星作为辅助导航星，引入星对相对星等差信息，通过对主星对的识别提高识别速度，采用以主星对为公共边的多三角形模式匹配提高识别精度。并提出了一种将星对表拟合成曲线函数实现快速角距匹配的方法。微机模拟实验结果表明该算法的识别率和识别速度均优于传统的三角形法。     

改进的RL模糊星图复原算法

研究了复杂工作环境对星敏感器成像的影响,总结了模糊图像退化与复原模型,并对经典RL模糊图像复原算法进行了分析.针对RL复原算法存在振铃效应的不足,提出了一种基于超拉普拉斯约束因子的RL复原算法.仿真结果表明:改进后的RL复原算法减弱了复原星图中的振铃效应,提高了复原星图的质量,为在复杂环境影响下星敏感器实现高精度星提取性能奠定了基础.     

基于LVDS的电子星模拟器设计

为了实现卫星姿轨控地面半物理仿真试验,设计了基于LVDS的电子星模拟器,图像分辨率支持1 024*1 024;图像位宽支持12 bit;能够同时完成帧频10 Hz的图像上传及采集;将星敏感器作为高精度姿态测量部件引入控制系统,地面动力学通过以太网将四元数提供给电子星模拟器,电子星模拟器将生成的电子星图通过LVDS传输给星敏感器,通过地面实时系统将控制系统、星务计算机、敏感器系统组成了实时仿真验证系统;试验表明电子星模的输出接近目标值,闭环测试中星敏采集到准确的星图;通过实物在闭环回路仿真验证了上述方案的有效性,并通过指标对比分析,显示了电子星模拟器的可行性,在卫星姿轨控地面半物理仿真试验中具有良好的推广性。     

地面星模拟器设计与实现

为了满足在地面对星敏感器进行误差标定及功能测试时的实时性要求,及避免因导航星漏选现象引起的检测误差,提出了一种改进的全天球分区动态星图仿真算法。它可以实现飞行器任意时刻发射、任意姿态下的在轨星图仿真。算法中充分考虑了天球上赤经弧长随纬度增加而逐渐缩短的情况,对传统的赤经赤纬划分天球的方法进行了改进,提出了一种新的天区划分,采用新的分区检索方法搜索导航星,既避免了导航星的漏选也提高了星图更新频率。分析了星点光斑的数学模型,使得星图仿真更加真实。对星图因动态产生的扫尾现象进行了仿真,可以很好地仿真飞行器在轨高动态情况下星敏感器的实际工作情况。     

一种用于星敏感器的星点提取方法

介绍了星敏感器的组成及其基本工作原理。在以DSP和CPLD为硬件平台的基础上,采用全局阈值法、连通性分析算法和亚像元细分定位算法对星图数据进行处理,得到星点的坐标信息。提出了一种新的连通性分析算法,与传统的连通性算法相比,节约了星图处理的时间,提高了星点定位的精度。最后用星敏感器对该处理算法进行了试验验证,并取得了较为理想的结果。     

基于ITSI优选算法的星敏感器导航星库建立

为了有效提高星敏感器星图识别性能,基于ITSI导航星优选算法,合理地进行了导航星库的构建。该优选算法是在传统的导航星优选算法基础上进行的改进,通过区域分割和星密集度计算来实现优选导航星。同时,基于SAO星表,本文建立了一个星图仿真器的软件平台,可以按照实际需求输出全天球范围内不同光轴指向、视场角、轨道位置、像元敏感度等约束条件下的观测星图。在此星图的基础上,运用上述导航星优选算法,建立导航星星库。经均匀性评价准则验证,本文提出的导航星优选算法可以更好地实现导航星的均匀分布,降低星冗余度。最终基于此算法建立导航星库,可以有效降低星图匹配复杂性,提高星图匹配速率和识别成功率。     

多星模拟器电路系统的设计

为了适应航天器的发展需求,需要研制小型轻量化的多星模拟器。提出了采用Sony公司的LCX023CMT液晶光阀为核心的多星模拟器构成方案。设计了相应的LCD显示驱动电路和光学系统。所设计的多星模拟器经过与星敏感器联调测试,达到了技术要求。     

高精度星敏感器温度测量系统设计与实现

针对环境温度对高精度星敏感器测量精度的影响,设计了基于FPGA和AD7416的星敏感器温度测量控制系统。以FPGA作为主控制器,通过I2C总线控制温度传感器AD7416采集温度并控制制冷系统对星敏感器进行制冷,使其工作在-20℃-0℃范围内。实验结果表明,该系统测量速度快,测量精度高,提高了星敏感器的成像质量和测量精度,可满足星敏感器系统要求。     

Compensation for Periodic Star Sensor Measurement Error on Satellite

A novel method based on the least squares estimation and the augmented Kalman filter (KF) is proposed to identify and compensate for the star sensor measurement error due to the periodic star sensor alignment change. For the satellite attitude determination system, the periodic star sensor measurement error causes periodic variations in the gyroscope bias estimate. Thus, the gyroscope bias estimate is adopted as an indicator for the identification of the periodic star sensor measurement error. The high performance of the proposed method is illustrated through numerical simulations with the use of the real gyroscope data. It is shown that the proposed method is effective.     

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.     

基于几何位置分析的星敏感器布局研究

针对对地三轴稳定卫星中存在的杂散光严重影响星敏感器测量精度和准确性的问题,在研究日-地-月-星的几何位置的基础上,结合卫星的姿态信息、星敏感器的安装位置,以及视场范围,分析了卫星在轨运行过程中太阳光、月球反射光对星敏感器的影响。此外,根据星敏感器的布局设计状况,探讨给出不同时刻推荐使用的星敏感器方案,进而有效避免杂散光对星敏感器的影响。