利用CPLD实现数字式太阳敏感器高精度CCD信号源设计

CCD信号源是数字式太阳敏感器进行电性能测试的主要设备。其主要功能是模拟数字式太阳敏感器的CCD探测器和光电池随太阳角度变化的输出信号,以供太阳敏感器在没有太阳模拟光源的情况下进行各项试验。我们通过来用CPLD技术,使信号源具备了精度高、误差小、结构简单以及可靠性高的特点。     

大视场高精度太阳敏感器的实现

太阳敏感器是卫星姿控系统之一,现在被广泛应用的CCD太阳敏感器已渐渐不能满足卫星小型化、高性能的要求。本文从如何增大太阳敏感器视场并提高其精度这一对矛盾量入手,简要介绍了基于CMOS有源像元传感器(APS)的太阳敏感器的发展现状,并对国外的两款数字式太阳传感器(APSDSS)的原理进行了分析和介绍。     

CMOS APS在太阳敏感器中的应用研究

通过对CMOS APS和CCD的性能比较,总结出CMOS APS应用于太阳敏感器的优越性。随后,介绍了这种新型太阳敏感器的工作原理、结构和工作流程、测试和标定结果。并在求算太阳像中心算法上提出了一种解决其不足之处的方法。     

大视场、高精度数字式太阳敏感器

1 引言 太阳具有离地球近、亮度高、发光均匀等特点,把它作为测量目标,测量太阳矢量在敏感器坐标系中的位置,并将测得的该位置信息提供给卫星姿态控制系统,便可以调整卫星的姿态。表1列出了国内外各类卫星姿态控制系统的构成及性能。由此可以看出,几乎所有的卫星上都用到了太阳敏感器,可见其在姿态控制系统中的重要地位。太阳敏感器的主要类别为0-1式太阳敏感器、模拟式太阳敏感器、数字式太阳敏感器。     

CMOS APS 器件及其在星敏感器中的应用

介绍了CMOS有源像元图像传感器(APS)的原理与结构特点,阐述了CMOS APS与CCD比较应用于星敏感器的潜在优势,详细介绍了CMOS图像传感器在星敏感器中的应用现状,并对基于CMOS APS与基于CCD的星敏感器的测量精度结果进行对比,展望了CMOS APS星敏感器的发展前景.     

太阳敏感器的原理与技术发展趋势

姿态控制系统是卫星得以持续正常工作的保证。太阳敏感器是卫星姿态控制系统的重要组成部分,所有的卫星都配备有太阳敏感器。简要介绍了太阳敏感器的基本原理和构成,并借介绍几种典型的产品,说明了当前国外太阳敏感器的发展现状。最后对未来太阳敏感器的发展趋势作了简要分析。     

当前CCD星敏感器及其在航天中的应用

本文阐述了星敏感器的定义、分类;简要地介绍了CCD星敏感器的结构、工作原理和应用;重点介绍了美国、日本、英国和德国研制的几种有代表性的卫星、航天器等姿态测量用CCD星敏感器。     

天体对太阳敏感器的测姿影响及其防护措施

姿态控制系统是卫星得以持续正常工作的保证。太阳敏感器在轨道运行时,容易受到天体的干扰而引起卫星姿态异常。简要介绍了太阳敏感器的工作原理。分析了天体对太阳敏感器的干扰情况。分析表明,敏感器受天体的干扰影响,与天体反射太阳光和入射太阳光在太阳敏感器位置的辐照比值有关。最后,针对可能存在的干扰,提出了相应的防护措施。     

高精度CCD太阳敏感器的研制

介绍了一种由上海技术物理研究所研制的基于空间应用的高精度CCD太阳敏感器,阐述了其总体设计和工作原理,并按照技术指标的要求,对光学狭缝、机械结构、电子学处理等各部分进行了设计,并给出了地面标定试验的误差分析.     

空间飞行器姿态控制用CCD敏感器——新一代姿态敏感器

本文简述了硅电荷耦合器件(Si-CCD)的工作原理,在此基础上,重点介绍了Si-CCD用于星敏感器和太阳敏感器时的优越性,并列举出国外将Si-CCD用于星敏感器和太阳敏感器的实例。着重阐述Si-CCD太阳敏感器的工作原理、光学系统、电子电路及提高分辨率的三种方法。     

用于空间交会和对接的光学敏感器

本文综述了用于空间交会和对接的光学敏感器的技术发展。着重讨论了激光对接系统、CCD成像敏感器和PSD敏感器。提出了“敏感器包”的概念。     

高精度太阳敏感器的发展

本文在对高精度太阳敏感器发展现状的介绍中,结合实例就各项指标提出了一些想法,并对太阳敏感器的发展趋势进行了分析。最后给出了一个基本的方案设想。     

一种基于高精度CCD的星敏感器系统设计

CCD作为实时、高精度姿态测量部件,对空间飞行器的姿控、导航、定位具有重要意义。本文对CCD星敏感器遮光罩、光学系统、电路系统硬件及导航星库制定、星图识别、姿态计算软件算法等星敏感器技术实现进行了系统阐述,并提出星敏感器系统设计方案。经实验室静、动态检验和观星检验,该系统可以满足卫星姿轨控系统提出的精度要求。     

高精度太阳敏感器原理与精度可信度分析

从太阳敏感器的原理出发,分析了几种典型类型的太阳敏感器的原理和对应精度的可信度表达式,并发现以现有器件为基础的复合型太阳敏感器的精度仍有进一步提高的潜力:在文献中给出的器件基础上,确定相应的理论上的角分辨可信绝对精度可以达到10-5级;提出实现精度存在近2个量级提高空间.随着器件和其他相关技术的进步,未来使用的太阳敏感器精度可以达到5个量级以上.     

高精度星敏感器噪声与定位精度研究

星敏感器定位精度是星敏感器最重要的性能指标.噪声是影响星敏感器定位精度的重要因素.文章基于矩心算法建立了星敏感器的定位精度模型,对星敏感器主要噪声所带来精度误差进行了推导,结果显示,开窗、积分时间、温度直接影响噪声大小,进而影响星敏感器的定位精度.利用基于CCD TC237的星敏感器,通过实验,定量地分析出了三种因素对于星敏感器定位精度的影响,实验结果显示,三种因素中,温度和积分时间对星敏感器定位精度的影响最大.     

一种星敏感器光学系统标定与引建的新方法

星敏感器以星体映射在CCD像平面上的坐标作为输入信号,信号精度受到光学系统固有误差与CCD像平面安装误差的综合影响。基于恒星参考系的星敏感器光学系统标定与引建方法,无需转台与星模拟器等大型昂贵设备支撑,以天体信标于观测历元时的精确赤道坐标为基础依据,创新性地将星敏感器不可回避的CCD像平面安装误差问题,糅合至光学系统标定过程进行解决,应用简单、方便,经试验验证:标定与引建精度能够达到角秒量级。     

高精度星敏感器的标定

星敏感器是一种高精度的空间姿态敏感器,精度标定是保证其高精度测量效果中的重要一环。针对传统星敏感器标定的弊端,提出了将光学畸变、CCD倾斜角度、CCD旋转角度等作为一个整体进行参数拟合。该方法根据CCD不同区域的光学畸变、像等因素差别较大的原理,采用了先在全视场内建立一个星点的模型,然后对模型进行分区,对每一个区采用最小二乘法计算拟合参数,这样在进行星点精度计算时先带入拟合参数进行修正,最后得出单星的测量精度。该方法简单、方便、标定精度高。为了提高星点质心的提取精度,利用十字丝图像束代替星点图像,求出十字丝交点的质心。实验结果表明,A角标准差1.624″,E角标准差1.597″,完全满足系统要求的2″的高精度。     

成像器噪声对星敏感器星等灵敏度的影响

作为用于高精度测量的姿态敏感器,星敏感器需要具备很高的星等灵敏度.对以光电转换技术为核心的星敏感器来说,光信号的传输及转换容易引入噪声,而成像器噪声则成为影响星等灵敏度的重要因素.为了提高星敏感器的星等灵敏度,结合系统信噪比判据,分析了成像器中的CCD组件噪声和电路噪声,推导出系统信噪比公式.并针对其中的暗电流噪声、逻辑驱动电路噪声、直流偏置驱动电路噪声和A/D转换电路噪声等主要噪声提出了相应的解决方案,经分析和测试,成像器噪声对星等灵敏度的影响是不容忽视的.采用适当的噪声抑制方案可有效提高星敏感器的星等灵敏度.     

CCD噪声对星敏感器星点定位精度的影响

星点测量精度是表征星敏感器精度的一个重要指标,影响该精度的主要因素有：光学系统误差、图像传感器的噪声、电路噪声及软件算法等。图像传感器的噪声对星点定位精度的影响是不容忽视的,但很少对此进行研究。针对某给定参数的星敏感器,对TH7890M CCD图像传感器的各项噪声进行了定量计算;基于亚像素细分质心算法,针对各噪声的分布特点及规律,分别推导出各自的均方根误差,综合各项误差得到CCD噪声的星点定位精度模型。计算结果表明TH7890M CCD的主要噪声有读出噪声、光子散粒噪声和光响应不均匀性引起的随机噪声;影响星敏感器星点定位精度的主要噪声是读出噪声和光子散粒噪声;对6等星进行星点位置的估计,CCD噪声达到了1/40像素的精度水平。     

十字差动式小视场超高精度太阳敏感器

设计了一种专门用于对日观测成 像稳像系统的超高精度太阳敏感器。针对传统的四象限 太阳敏感器的不足,设计了一种基于十字差动式太阳硅光电池片 的探测器,以提高灵敏度和抗干扰能力。该系统在有效视场 (1°)内具有10''的低误差。