船用星敏感器姿态测量误差建模与仿真分析

为提高船用星敏感器姿态测量精度,对星敏感器船体姿态测量误差模型进行了理论分析。首先针对船用星敏感器的使用环境构建了船用星敏感器观测模型,然后推导了基于角度测量的船用星敏感器误差模型,最后仿真分析了星敏感器地平滚动角测量误差、安装角度对船体姿态测量精度的影响。误差模型与仿真结果表明,星敏感器地平姿态测量误差、安装角度标定误差以及安装布局等是影响船体姿态测量精度的主要因素,其中当星敏感器地平滚动角测量误差为100″时,船体姿态测量误差最大可达112″;安装布局对船体姿态测量精度有一定的影响,其中船体姿态测量误差随安装方位角的变化而呈周期性振荡趋势,纵摇测量误差随安装仰角的增加而增大;当星敏感器沿艏艉线方向安装时,航向测量误差随安装仰角的增加而增大,当沿垂直于艏艉线方向布局时,横摇测量误差随安装仰角的增加而增大。     

数字式太阳姿态敏感器抗干扰特性研究

分析了天体干扰光斑的位置和光强对卫星数字式太阳敏感器姿态角输出的影响.基于太阳光斑和天体干扰光斑具有不同的输出电压和位置特性,提出了一种分别计算每个光斑的输出电压值和入射角度的比值,并与标定的太阳垂直入射时输出电压值作比较而得到正确太阳姿态角的新抗干扰方法.     

基于双视场弹载星敏感器的姿态测量及误差分析

姿态测量是导弹导航、制导系统的重要组成部分,为提高弹载星敏感器测量姿态的精度,提出了基于双视场星敏感器测量导弹姿态的方法.首先,由单个视场中的导航星求得每一个视轴的方位,然后通过双视轴矢量求得弹体在赤道惯性坐标系姿态,由发射点惯性系和赤道惯性系的关系,可得到导弹在发射点惯性系的姿态,并给出了具体数学表达式.最后,定量分析了双视场中星数目对姿态精度的影响,对合理采用姿态数据,提高测量精度有一定的指导意义.     

复杂卫星抖动下的星敏感器姿态测量数据处理技术

由于复杂卫星在轨运行中不可避免地存在着抖动振动,从而导致星敏感器数据不稳和精度降低,这给低信噪比条件下的敏感器姿态测量数据处理带来了很大困难。该文针对复杂卫星抖动情况下数据的处理进行了讨论,分析了星敏感器测量原理及各类误差源产生机理,并在此基础上,重点研究了抖动条件下的星敏感器姿态测量数据处理技术,结合抖动幅频特性,通过寻找用于处理抖动引起误差的幅频分界点,分析了抖动对星敏感器姿态测量精度的影响,并结合卫星姿态确定过程,给出了抖动情况下星敏感器姿态测量数据的处理方法,可有效地提高星敏感器数据处理精度,使不经稳态控制就可对抖动测量数据进行处理成为可能,大大降低了系统的设计成本,缩短了设计周期。     

基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法

为提升卫星定姿精度,采用NOIP1SN025KA型CMOS探测器设计了一款完整的观星相机。在辐照环境温度24℃、测试环境温度24℃、测试环境湿度37% RH的环境条件下利用60Co-γ辐射源进行了抗辐照实验。然后,设计了焦距为500 mm、F数为4、视场角为2.4°的光学系统。电子学系统以FPGA作为核心控制器件,控制CMOS输出数字信号,并通过TLK2711将信号传回卫星数传系统。机械结构部分主要由主镜组件、次镜组件、校正镜组件、遮光罩、支腿等部分组成。采用计量筒（殷钢）支撑次镜的设计方案,保证主次镜间隔变化在温度变化工况下满足公差要求。反射镜组件设计有径向和轴向柔性,保证光学表面在力热环境下的面形精度。校正镜组件采用压圈切向压紧镜片的安装方式,对镜片的应力小,对中性好,耐冲击和振动,能够保持良好的结构稳定性。整机通过主镜背板与卫星连接。星载观星相机具备成像和传输星点的阈值和坐标信息两种工作模式。通过外场成像实验可知,该相机成像质量良好、移植性强、可靠性高。视场角范围内,可以拍摄到约10颗星,同时可以观测到9等星,可有效辅助星敏感器工作。     

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。     

线阵红外地球敏感器算法设计

在对卫星或飞行器进行姿态控制时,需用敏感器进行姿态测量。红外地球敏感器通过测量局地垂线获得姿态信息。根据线阵红外地球敏感器产品的特点进行算法设计,通过像元细分的方式提高测量精度,通过多工作模式选择的方式拓展应用环境。在产品上落实软件设计和实现,并进行测试。测试结果表明,该算法具有提高测量精度和增加使用环境可适应性等特点,对于地球敏感器适应微小卫星发展、提供高精度姿态以及实现天文导航等具有重要的推进作用。     

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。     

分布式测量体制下的船姿数据重构

新一代航天测量船采用的分布式船姿船位测量体制提高了数据的准确性和可靠性,同时也给数据处理与使用提出了更多的需求,比如姿态数据一致性检验、姿态数据联合使用等.为此,提出了一种新的船姿数据重构方法.首先,对集中式与分布式测量机制进行了对比,分析了采用传统数据处理方法解决新需求会产生困难的原因,并指出姿态重构数据的取得将成为解决这些问题的关键;然后,分两个过程对分布式船体姿态测量数据的重构方法进行了推演,并说明了如何使用重构数据去解决新需求;最后,在重构数据本身精度和重构数据对飞行器目标定位精度影响两个方面对该重构方法进行了检验,结果表明使用该方法得到姿态数据满足任务精度指标要求.     

星图分布对星敏感器最小二乘姿态精度的影响

星敏感器的姿态确定是其导航最基本、最关键的环节。为了分析星图分布对最小二乘姿态测量精度的影响,描述了星敏感器的姿态角定义,研究了最小二乘法求解星敏感器姿态的过程,并从数学角度推导了存在一定观测误差的情况下,最小二乘方法产生较差姿态测量精度的部分主要原因,即系数矩阵的条件数变化。最后以星图模拟的方式在不同条件下模拟了三组典型的星图分布,对其进行姿态测量和结果统计。统计结果表明:姿态测量精度除了受条件数描述的导航星间相对位置的影响外,还与导航星组在星图中的不同位置以及不同的星敏感器参数模型有关。     

多MEMS传感器姿态测量系统的研究

提出利用多个MEMS传感器组合定姿的方法,该方法利用加速度计的输出判断载体运动状态,采用EKF滤波算法对其状态进行估计,并在滤波算法中应用加速度计和磁强计组合计算所得的姿态信息作为对陀螺漂移的补偿,最后通过数据融合修正其姿态角。     

基于折反射星敏感器光学系统的光纤光栅温度传感器设计

为了实现太空环境下的卫星折反射星敏器光学系统中特殊结构部位的传感器的安装及温度监测,排除应变对传感器的影响,设计了一种适用于光纤光栅的环形特殊封装结构。并对传感器进行了温度标定、拉伸、温度重复性、振动及热真空实验。实验结果表明:这种封装形式的光纤光栅温度传感器线性度为0.998,温度灵敏度为8.5~8.7pm/℃,同一温度下,中心波长变化量在2pm以内,同时,该结构形变产生的应变对传感器中心波长没有影响;在振动及热真空环境下,传感器的性能不会受到影响。     

基于MEMS传感器的姿态检测系统

基于MEMS传感器设计了一种姿态检测系统,通过MEMS传感器获取角速度、加速度等信息,利用硬件对采集的数据进行滤波处理,实现目标物体运动过程中姿态角的测量。采用互补滤波对数据进行融合,有效消除了噪声干扰,提高了系统的检测精度。无线模块的应用实现了下位机与上位机的同步,实时显示目标物体的运动姿态。实验表明,该系统具有较高的测量精度及良好的实时显示效果。     

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.     

基于飞腾DSP的多视场星敏感器信息处理系统设计

星敏感器是自主导航姿态控制系统中的重要组成部分之一。作为星敏感器的核心部件,信息处理系统对其整机性能有重要影响。基于飞腾多核DSP+复旦微FPGA架构设计了一种全国产化多视场星敏感器信息处理系统。在设计中采用EMIF接口和GPIO接口与复旦微FPGA进行数据交互及控制,将2片串行 Flash用于存储星库数据和启动程序,将2片DDR3芯片用于缓存数据。详细介绍了信息处理系统的整体软件流程设计、算法流程设计及实现。经试验验证,该系统可稳定运行并输出正确姿态。在星图分辨率为2048×2048的情况下,系统无初始指向时的数据更新频率为20Hz,有初始指向时的数据更新频率为625Hz。运算性能约为普通ARM架构的3倍,对于提升多视场星敏感器的实时性、丰富其工程化实现方法具有重要意义。     

大视场高精度静态星模拟器的光学系统设计

针对星敏感器系统的地面测试要求,设计一种大视场高精度静态星模拟器。根据静态星模拟器的工作原理,确定模拟器具有出瞳外置的准直光学系统。结合技术指标,在Zemax平台上优化设计了具有良好成像质量的光学系统,设计结果为:系统焦距99.988 mm,视场达到Φ39°,畸变小于0.1%,实现高精度静态星模拟器精确模拟星点。提出了依照光学系统像差确定星点板上各星点刻划位置的方法,避免多次刻划星点板的过程。对设计的系统进行测试,从测试结果看:设计的大视场星模拟器的成像精度达到15″,可以满足对星敏感器地面标定的使用需要。     

星敏感器地基评测系统的设计研究

为了能够方便、准确地评价星敏感器的成像质量,设计了一款专门用于评价成像质量的图像采集系统。该系统基于PCI总线接口,以FPGA作为核心控制逻辑,用双SRAM的双缓存结构实现了图像数据的大量传输。在软件上采用多线程方法实现了图像的显示和存储,并加入了图像评价模块,从而精确检测出了星敏感器的工作性能。多次严格试验表明,该系统工作稳定、可靠,其采集的图像数据不失真。当系统运行在16位的情况下,其峰值图像传输速率可达到40 Mbps。     

基于模型软件设计的测量船数据处理

论述了测量船数据处理软件设计中所用的模型软件设计思想。针对各测量船结构相似但设备安装位置相异的问题,提出了将程序功能和具体格式分离的思路,将差异性用参数来体现,利用参数来实例化程序,使处理程序能适应各种情况下的数据处理工作,并就实现过程中使用的程序设计技巧、实现方法及应用实例进行了简要介绍。     

高精度动态水平姿态传感器系统设计

水平姿态检测在控制、测量领域发挥着重要作用.实现高精度实时动态检测载体水平姿态既是科技市场的实际需求更是科研工作的挑战,因此设计了高精度动态水平姿态传感器.它主要由微机械倾角传感器、微机械陀螺及其信号处理电路组成,以陀螺来补偿载体行进中带来的各种线加速度干扰,实现移动载体的水平姿态高精度检测.以高精度与实时动态检测为核心,介绍了该系统的总体方案设计,电源转换、敏感信号预处理与模数转换、信号处理及输出的硬件设计和软件处理基本方法,并在设计完成后组装调试.系统测试表明该水平姿态检测系统设计取得预期效果,满足高精度实时动态检测载体水平姿态的设计需求.