大视场星敏感器标定技术

星敏感器是一种高精度的空间姿态测量装置,精度标定是其高精度测量的重要保障.在分析影响大视场星敏感器测量误差因素的基础上,针对常用标定方法(如多项式畸变模型法和直接映射法)的缺点,提出遗传算法优化的BP神经网络算法进行大视场星敏感器标定.根据此方法建立了大视场星敏感器标定系统,并进行了实验测试.实验结果表明:该标定方法使得单星测角误差由标定前的0.14°降低到0.0053 °,有效提高了大视场星敏感器测角精度,并且代码效率高、稳定性高.     

面向微小卫星的全视场数字太阳敏感器设计

本文提出一种新型的全视场数字太阳敏感器设计方法,其光学系统由全景鱼眼镜头和滤光膜组成。采用低功耗设计,在满足精度的要求下,使其能够适应微小卫星对于数字太阳敏感器功耗的限制。从工作原理出发,建立起该敏感器模型并通过软硬件实现,利用太阳模拟器对数字太阳敏感器进行标定及误差分析。实验表明,基于全景鱼眼镜头的数字太阳敏感器的视场为180°×360°,在160°×360°视场的测量3δ精度优于0.18°,整机功耗150 mW,能够满足微小卫星姿态确定系统对于数字太阳敏感器的需求。     

基于MOEMS的微型数字太阳敏感器

结合CMOS APS图像传感器与MEMS工艺的优势,研制了一种适用于微纳卫星的两轴数字太阳敏感器,在保证测量精度的同时,减小了系统的体积与功耗.其光学系统由CMOS APS图像传感器和MEMS工艺制作的孔阵列结构光学引入器组成,提高了敏感器的分辨率,扩大了有效视场的范围.利用太阳模拟器对数字太阳敏感器进行了测试标定,结果表明,在120°圆锥全视场范围以内,1σ精度优于0.035°.     

组合大视场星敏感器自主定轨方法

在卫星自主轨道确定中,敏感仪器和其使用方法是很关键的问题。如何利用低成本的设备实现高精度自主定轨,足一个值得研究的重要课题。该文提出了一种组合大视场星敏感器自主定轨方法,在该方法中,整个地球在敏感仪器视场范围内,且每个星敏感器能至少观测到星光穿过地球边缘周围附近的一颗恒星。这样既可利用星敏感器的高精度,又可得到观测整个地球边缘附近恒星所需要的大视场;叙述了利用组合大视场星敏感器确定地心的方法;最后运用广义号尔曼滤波算法进行了仿真。考虑到星表、敏感仪器和仪器标定精度,星光大气折射改正以及地球非球形几何改正,其定轨精度估计可达100m～150m．     

中等精度,宽视场图象识别星敏感器的研制和预先鉴定

研制和试验一个宽视场，中等精度星敏感器光学头的预鉴定样机。该敏感器３０°×４０°视场内的精度为０．０６°。在至少１０年寿命期间内，其设计目标是能探测ｍｖｉｓ≤＋２．５亮度的星，该敏感器是为地球同步轨道通信飞行任务设计的，但也适用于其它轨道（如大偏心率轨道，低地球轨道）的飞行任务，敏感头研制的主要设计要求是适应性强和合成本低，该敏感头采用ＭＰＰＣＣＤ工艺和被动热控制技术，无需热电致冷器，本文报导该敏     

基于多视场星敏感器的姿态确定方法

星敏感器是目前航天器姿态测量精度最高的器件,与传统的单视场星敏感器相比,多视场星敏感器可以实现三轴同样高精度的姿态测量,提高姿态测量精度;针对单视场星敏感器姿态确定问题,推导了以最小代价函数为指标的QUEST姿态确定算法;对于多视场星敏感器,通过坐标变换方法将多个视场的导航星矢量转换到同一视场中,再利用QUEST算法得到航天器姿态;最后仿真结果表明,坐标变换后进行姿态确定得到的姿态数据与单个视场所得的姿态数据相同,验证了方法的正确性。     

基于STK的卫星星敏感器视场仿真研究

研究卫星无陀螺姿态稳定性优化控制问题,针对在轨星敏感器可能会受到太阳光、月光、地气光等杂散光的干扰,从而降低星敏感器姿态测量精度以及有效姿态率等.首先建立了星敏感器视场遇杂散光的数学模型.为解决上述问题,提出用Satellite Tool Kit(STK)仿真软件进行了杂散光进入星敏感器视场的仿真,并给出了星敏感器遇杂散光的时间段、持续时长等信息.研究方法和仿真结果适用于对任意轨道卫星的星敏感器视场进行杂散光研究,并可用来优化星敏感器在星上的安装方位,对星敏感器的工程设计提供科学指导作用.     

空间光学姿态敏感器的发展

一、回顾空间光学姿态敏感器主要指太阳敏感器、红外地平敏感器和星敏感器。该三种空间光学敏感器分别以太阳、地球和恒星为基准,对飞行器进行实时姿态(俯仰、滚动、偏航)捕获与测量,或修正陀螺平台系统,或经过信息处理直接进行姿态控制。其中,太阳敏感器还可用作红外地平敏感器和星敏感器的视场监视和保护,以及太阳帆板控制等。这三种光学敏感器的测量精度受其参考基准所限,以星敏感器为最高(秒级),太阳敏感器次之(一般大视场时为几分,小视场时可以     

面向微小卫星的红外静态焦平面地球敏感器设计

红外地球敏感器是卫星姿态控制系统中的一个重要部件,基于光机扫描技术的传统红外地球敏感器存在体积大、功耗高、精度低的缺点,无法满足微小卫星对姿态敏感器的要求。针对以上不足,提出了一种基于红外焦平面成像技术的地球敏感器的实现方法及相应的地面标定测试方法。该设计的地球敏感器具有结构简单、体积小、功耗低的特点。从地球敏感器的工作原理出发,提出了整个敏感器构架,并完成整个系统的软硬件设计。在标定测试方法中建立了敏感器仿真测试模型,并搭建实验测试平台对敏感器其精度进行标定。测试结果表明此地球敏感器具有0.1°的测量精度,能很好地满足微小卫星姿态系统的精度要求。     

双波段红外敏感器半实物仿真系统设计

以末敏弹为研究对象,采用半实物仿真技术,设计了末敏弹红外敏感器室内半实物仿真系统,整个系统利用Multi-Gen Creator建立场景模型和目标的三维几何模型,利用Vega产生红外敏感器探测视场的数字场景,并将末敏弹的探测系统-红外敏感器作为实体引入到仿真系统参与试验,并和其它物理模型、数学模型构成闭合回路,完成了末敏弹的实时仿真功能.最后,通过仿真测试数据库对其探测系统性能进行了分析评估,该系统具有误检率和漏检率低的优点,并对漏检的原因进行了分析.     

立方星用微型太阳敏感器设计

设计了一种面向立方体卫星的姿态确定传感器——模拟式太阳敏感器。通过测得太阳光线的入射角度,从而解算出在卫星本体坐标系下的太阳矢量信息。敏感器理论设计精度为1度,质量为9克,尺寸为32mm×19.7mm×8.1mm,视场角为112度。本设计进行了光学头部、处理电路的设计,并编写了相应的算法程序。通过外场试验验证了设计的合理性,满足了应用要求。设计的太阳敏感器具有体积质量小、成本低等优点,在立方体卫星领域有广阔的应用前景。     

磁航向传感器在无人机飞行控制系统中的应用

磁航向传感器V2XG利用"磁感法"测量地磁航向,有成本低、易集成等特点。将V2XG应用于无人飞机的航向控制回路,设计了传感器的接口电路,给出了零位误差和灵敏度误差的消除方法。实测结果表明,航向测量准确度达到±2°,采样频率达到5Hz,设计方案有较高性价比,满足了无人机飞行控制对航向测量的要求。     

一种新型太阳跟踪器的设计

设计了基于位置敏感探测器(PSD)的太阳跟踪器,实现对太阳的自动跟踪。该跟踪器能够适应各种天气,晴天时启动光电跟踪,阴雨天时启动日历跟踪,能够实现方位角在360°范围内,高度角在90°范围内自动跟踪。进行了系统误差分析与实验,实验结果表明:该方法的跟踪精度在±12°,视场角度内为0.1°,各种天气情况下,跟踪器均能稳定地工作,能够达到预期的设计性能。     

弹载地磁测量系统的抗干扰设计

为了消除弹载地磁测量系统所受的矿山、电磁、金属等干扰,本文设计了充磁电路,消除强磁场对磁阻传感器的干扰;设计了滤波电路及合理的布线,消除高频干扰信号;再提出了误差识别补偿及看门狗设置算法,补偿了软硬磁干扰、零位误差、正交误差。转台试验与数据分析表明:各组合方法的采用,减少了干扰误差使姿态角测量精度达到1°以内,具有一定的工程价值。     

一种基于电磁感应原理的角位移参数测量方法

针对目前常规弹药弹体研究领域角位移参数大动态和高精度的测量需求,提出了一种基于电磁感应原理的角位移参数测量方法,并设计了相应的角位移传感器.采用感应线圈获取弹体大转速动态范围内切割地磁场的信息,通过边沿检测和脉冲计数相结合的自适应闭环频率跟踪测量算法测量弹体旋转过程中的实时角位移参数信息,并采用周期清零的方式,消除累积误差.半实物和实物仿真试验结果表明:该角位移传感器不仅能够测量大动态范围内的角位移,拓宽测量范围从600°/s~36000°/s,而且完全消除了测量过程中的累积误差.测量误差小于0.220%,累加误差最大只有0.2°/s,实现了对弹药弹体角位移参数的实时、高精度测量,在姿态测量和地磁导航等应用领域具有一定的工程应用价值.     

基于信息融合的移动机器人侧向定位的研究

超声波传感器的入射角对输出有很大的影响,通过实验分析了入射角对输出的影响。采用引入误差补偿因子的方法,标定了传感器的测量模型,使得测量精度大大提高。在此基础上,基于多源信息融合设计了3种移动机器人侧向定位模型。经实验比较证实,引入误差补偿因子的融合模型定位精度高,可以使得距离误差控制在±2.4mm,姿态角误差控制在±0.32°以内。最后,将该融合模型应用于移动机器人的实际控制中,距离误差为±3.7mm、姿态角误差为±0.58°,满足移动机器人定位精度的要求。     

消化道诊疗胶囊三维磁定位系统的误差修正

设计了基于三轴磁感传感器阵列的体内微型诊疗胶囊定位跟踪系统,分析了系统的主要误差来源,提出了对背景磁场干扰、传感器灵敏度差异、传感器位置偏差、三轴传感器模块的非理想正交等误差的补偿和修正方法,并进行了定位实验和轨迹跟踪实验以检验误差修正效果。实验结果表明:误差修正后系统的定位与定向精度得到显著提高,对于距离传感器阵列平面150 mm的φ8 mm×8 mm的圆柱形N35铷铁硼永磁体,平均定位与精度达到8mm以内,平均定向精度达到6°以内,并能够对沿模拟肠道运动的内置永磁体的电子胶囊进行轨迹跟踪。     

Slope Perception from Monoscopic Field Images: Applications to Mobile Robot Navigation

When remotely navigating a mobile robot, operators must estimate the slope of local terrain in order to avoid areas that are too steep to climb or that slope so steeply downward that the operator would lose control of the rover. Although many rovers are equipped with sensor systems to aid the operator in this task, it is sometimes necessary to estimate slopes from two-dimensional images, either when planning operations or when the operator wishes to monitor the results of a sensor system. This experiment compares the operator’s estimates of the slope in Martian terrain with the actual slope determined from three-dimensional data. The ten participants overestimated the slope of the indicated regions by an average of 19° (SD 16°). An analytic model of the error, based on psychophysical analysis, accurately predicts the average magnitude of the errors. Implementation of this model eliminates an average amount of participant error. However, the large estimate variance within and between participants and images still poses a challenge for accurate slope estimation.