像素位置偏差对质心定位精度的影响

为提高微型星敏感器的质心定位精度,提出了一种利用外差式激光干涉装置标定图像传感器像素位置偏差的方法,并就像素位置偏差对星点像质心定位精度的影响进行了仿真研究。在噪声忽略不计的情况下,当像素位置偏差服从（-0.02,0.02）上的均匀分布时,补偿系统误差能够使星点定位精度从0.008 pixel提高到0.002 pixel。而如果加入服从N（0,5.52）的高斯白噪声,当像素位置偏差服从（-0.02,0.02）上的均匀分布时,补偿像素位置偏差能使定位精度从0.020 pixel提高到0.018 pixel;当像素位置偏差服从（-0.04,0.04）上的均匀分布时,补偿像素位置偏差能使定位精度从0.026 pixel提高到0.018 pixel,提高了31%。这说明标定像素位置偏差对提升质心定位精度有显著作用,为发展高精度微型星敏感器提供了一种新的技术手段。     

星敏感器地面标定设备的设计

为了实现星敏感器的地面标定试验,设计一套视场大且星间角距模拟精度高的星敏感器地面标定系统,对标定系统的组成、光学系统设计和模拟仿真精度等进行研究。根据星敏感器的地面标定要求介绍系统组成,提出实现星间角距模拟精度优于20的方法;采用新型显示器件LCOS 作为星图显示器,通过像面拼接的方法扩大视场,并据此利用Zemax 软件设计光学系统。在原有测量方法的基础上,给出地面标定设备的精度评价方法。并提出一种能够提高星间角距模拟精度的星点修正方法。实验结果表明:星敏感器地面标定设备的星间角距模拟精度小于20,满足对星敏感器进行地面标定试验的要求。     

一种静态星模拟器的设计与星点位置修正方法

为了实现对高精度星敏感器的地面标定,设计了一种大视场静态星模拟器,其星间角距精度要求优于20(″).采用星点分划板作为核心显示器件来模拟星图,通过设计大视场小畸变光学系统使模拟星图成平行光出射,在星敏感器入瞳位置产生星图.为保证星点板的星图模拟精度,提出了一种星点位置的修正方法.实验结果表明,经过星点位置修正后的静态星...     

基于星像位置误差估计星敏感器姿态角偏差的方法

利用传统的反正切法估算星敏感器测量姿态角偏差时,存在因计算量大干扰算法实时性等问题。针对上述问题,文中提出了根据星像位置误差直接估算星敏感器姿态角偏差的方法。通过分析星敏感器姿态测量原理,推导出星敏感器姿态角变化量对星像位置影响的数学关系式,进而在小视场条件下,得到星像位置误差与星敏感器姿态角测量偏差的公式。该公式计算过程简单,避免了大量的反正切计算。仿真结果表明,在相同的仿真实验条件下,该方法的计算时间比传统方法缩短了近四分之一,且该方法的计算精度也优于传统的反正切法。理论推导和仿真实验说明该方法具有计算量小、实时性好且精度较高的优点,具有一定的工程应用价值。     

位置敏感探测器的信号噪声自适应抑制方法

针对位置敏感探测器噪声来源及特点,提出了一种基于自适应FIR维纳滤波器的自适应抑制方法。该方法以维纳滤波器为数字滤波器,自适应地调整传输特性,提高PSD的信噪比,从而大幅提高了PSD应用系统的测量精度。     

星敏感器安装误差的三位置法地面标定方法

针对目前星敏感器安装误差标定过程中存在的标定模型复杂标定测试流程繁琐等问题,提出了一种星敏感器安装误差的三位置法地面标定方法。该方法根据坐标系的欧拉变换,构建了星敏感器安装误差的数学模型;根据误差模型,提出了基于三轴精密转台的安装误差三位置法地面标定策略。采用最小二乘法和三位置法进行仿真对比实验,结果表明,安装误差的三位置法标定结果比最小二乘法标定结果的稳定性提高了近10倍。三位置法还具有标定测试流程简单等优点,对提高星敏感器的使用精度具有重要参考价值。     

基于星敏感器的跟瞄系统在轨标定方法

为分析空间跟瞄机构光轴误差问题,建立了星上跟瞄系统模型,介绍了跟瞄系统不同坐标系间的转换形式,分析了跟瞄机构光轴的误差形式,提出了多星敏光轴标定算法,介绍了标定过程中的坐标转换过程和误差计算方法,通过仿真验证了算法的正确性,并比较了随机误差对光轴标定的影响,同时在引入星敏感器全天识别算法的情况下对双星敏标定算法的正确性进行了验证,对精确度进行了分析。经仿真,双星敏算法标定精确度可达25”以内,比例系数K值小于0.01,在跟瞄相机与星敏同时工作的情况下解决了跟瞄相机的在轨标定问题。     

位置敏感探测器光斑脱靶误差补偿方法研究

为了提高位置敏感探测器(PSD)的位置检测范围,解决光斑在探测器光敏面脱靶时无法准确定位光斑的问题,提出一种光斑脱靶误差补偿方法,分析了脱靶前后PSD检测光斑能量重心变化规律,建立了PSD光强信号与位置检测误差间的函数关系。实验结果表明:当PSD光敏面尺寸为12mm×12mm时,对于半径为5mm的高斯光斑,通过所提出的光斑补偿方案补偿后PSD的X轴检测范围提高了66.7%,位置检测平均相对误差不超过5%,该方法对提高PSD位置检测性能具有重要的意义。     

基于位置敏感探测器的组合导航技术研究

为了减小现有小型旋翼类无飞机飞行过程中卫星/惯性组合导航系统的制导误差，提高其导航系统定位精确度，提出2维位置敏感探测器激光制导与机载卫星/惯性组合导航系统结合的新型导航系统方案。该系统利用1064nm红外脉冲激光作为引导光源，采用中间飞行段卫星/惯性导航、末端飞行段激光照射制导结合的方式，进行了理论分析和对比实验验证。结果表明，在室外飞行环境和室内强、弱、正常光照飞行环境下，该系统始终保持较高的定位精度和结果一致性；相对比其它现有制导方式，该系统的探测频率始终保持5kHz、定位精度始终保持其圆形概率误差处于0.10m数量级，取得了较好的定位实验结果。该系统具有鲁棒性强、电路简单、探测灵活、高速精确的特征，对无人机末端制导具有重要意义。     

多星敏感器地面热漂移标定位置误差检测研究

为了减少多个星敏感器地面热漂移标定时受到不同安装平台的位置误差影响,采取一种多星敏感器地面热漂移标定位置误差检测方法,进行了理论分析和实验验证,取得了-25℃～60℃真空状态下系统中基准方棱镜变形的位置偏移量数据,并进行了标定位置误差精度分析。结果表明,多星敏感器位置绕各轴产生的最大偏移量分别为-39.341″/℃,-0.060″/℃,-24.137″/℃,通过建立误差检测模型对位置误差进行计算,将其从姿态测量结果的偏移量中剔除后获得更准确的星敏感器姿态测量四元数,剔除位置误差后的系统精度至少提高了11%。该研究在提高星敏感器热漂移标定精度方面具有很好的应用前景。     

基于三轴转台的多视场星敏感器标定方法

提出了一种基于三轴转台的多视场星敏感器标定方法。该方法利用转台的3个旋转自由度,无需重新安装即可对任意轴向的视场进行标定数据采集。通过对于测量模型、结构参数模型及外参数模型的建模及优化整合得到实验室标定模型。使用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法求解各视场的测量模型参数和各视场间的结构模型参数。该方法无需通过外场观星数据确定结构模型参数,大大节省了标定数据采集的工作量,也避免了大气对恒星矢量的影响引入的参数估计误差。通过一台数字三视场星敏感器的仿真试验和一台双视场星敏感器样机的实际试验验证了该方法的有效性。与基于外场观测的传统方法相比,视场内星间平均角距误差减小了20.32%,视场间星间角距平均误差减小了59.34%。     

半导体位置敏感探测器新型结构研究

在分析半导体光电位置敏感探测器(PSD)二维枕形结构特性的基础上,采用光敏面与边缘区域分别注入不同离子剂量的方法,研究了一种PSD新型结构,这种结构的PSD边缘采用了带宽很窄的正方形状的离子注入电阻带形式,输出电极附加了一个较小的正方形框架作为阳极,通过在PSD边缘电阻带中注入较高离子剂量的元素,改变PSD边缘电阻带的电阻和有效感光面区域电阻的比值;实验模拟结果显示:新型结构的PSD可获得较高的位置分辨率、较大的有效光敏面积以及较小的非线性。     

基于GA-LM融合的星敏感器参数标定算法

针对传统标定算法精度存在受到初始值影响较大的问题,提出一种基于GA-LM融合的参数标定算法。首先分析了星敏感器系统误差对星点坐标位置的影响,确定各标定参数。接着充分利用了GA算法的全局搜索以及LM算法的局部寻优能力,提出一种融合算法解决了最小二乘算法依赖初值、易陷入局部收敛以及GA算法标定效率低、标定结果差的问题,通过半实物仿真系统实验表明,相比于优化前精度提高了88.099%,相比于传统最小二乘法的精度提高了68.015%,体现出了融合算法较大的优越性。     

基于相敏检波和位置探测器的位移检测系统

为了实现对微小位移的测量,研制了一套基于单模光纤输出半导体激光器和2维位置敏感探测器的位移检测系统,可以有效地抑制环境光噪声。对半导体激光器的注入电流进行1kHz的调制,实现输出光功率的调制。在信号处理电路中,采用相敏检波技术,解调探测器的输出交流信号,得出光斑能量中心位置,消除外界干扰。结果表明,测量精度优于1μm。这一结果对于多自由度误差检测是有帮助的。     

一维位置敏感探测器的相位响应特性

基于位置敏感探测器(PSD)的相位法探测入射光点的原理,利用RC等效模型得到一维PSD两电极输出电流信号的相位和相位差。分析了相位与调制频率和入射光点位置x的关系,并得出相位差在不同调制频率下的响应特性。在一维PSD上的实验测试结果表明,利用相位差测量的线性关系显著,并且随着调制频率的增大测量灵敏度提高。     

高精度背景可控星图模拟器设计

为了实现星敏感器的地面标定和精度测试, 研制一套具有可变星图背景的高精度星图模拟器, 要求该系统的单星位置精度优于10。采用高精度静态目标标准源作为星图模拟器的核心器件, 配合一种亮度可控照明系统, 实现星点和背景的同时模拟, 并设计准直光学系统, 使模拟星图与背景成平行光出射, 在星敏感器出瞳处产生星图, 完成背景可控、星点位置精度高的星图模拟。最后, 提出提高星点位置模拟精度的方法, 并利用经纬仪实测星点位置精度, 配合照度计测试背景亮度。从实验结果可知, 该模拟器的星图模拟精度优于10, 背景亮度可实现26倍调整, 可用于高精度星敏感器的地面标定和精度测试。     

位置敏感探测器的响应时间分析

位置敏感探测器(PSD)的响应时间直接影响其动态探测入射光位置的准确性.分析了电势堆积现象,以四边形二维PSD为例,建立了PSD响应时间的仿真模型,分析了对响应时间的影响因素.结果表明,PSD响应时间随着光敏面大小、p型层电阻值以及级间电容的增大而同比例增大;在PSD器件的结构参数和物性参数不变的情况下,光源入射能量与器件的响应时间无关.     

光子计数探测器的响应函数标定及校正方法

建立了XCounter Flite X1型光子计数探测器的响应函数模型。利用X射线荧光作为射线源,通过蒙特卡罗方法,模拟了入射能谱与探测器材料中的能量沉积能谱。响应函数包括高斯函数与经验型的修正函数,修正函数由直线段构成,通过最小二乘的方法来确定其中的参数,探测器像素不一致性的校正包括阈值校正与响应函数的校正。把经过校正的模型结果与实验结果对比并计算平均误差,得到在各能量段下误差都小于2.5%的结果,利用该响应函数进行能谱恢复与材料分解,两者具有比较理想的结果,充分说明了该校正方法的有效性与准确性。     

基于粒子群算法的星敏感器光学误差标定方法

针对星敏感器光学误差两步法标定局部寻优能力强,但标定结果受初值影响大的问题,基于粒子群算法,提出一种改进的星敏感器光学误差参数标定方法。该方法首先利用粒子群算法全局搜索能力强的优点,为光学误差的两步法标定提供一组次优的初值条件,然后将其代入两步法中,得到标定值。仿真结果表明:该方法能够有效解决两步法标定受初值条件影响大的不足,并能够提高标定结果的稳定性。