红外地球敏感器电磁兼容性测试用地球模拟器的研究

红外地球敏感器地面标定试验的精度高低,将直接影响到卫星在轨道上的工作精度.地球模拟器是卫星姿态测量控制关键部件红外地球敏感器的一项重要地面模拟试验与精度标定设备.详细介绍了摆动扫描式红外地球敏感器整机电磁兼容性试验专用性能测试用的地球模拟器的组成和总体结构,针对用于同步和较低的轨道卫星地面测试,研究的地球模拟器针对卫星二个轨道高度35 786 km和21 500 km,采用可更换地球光阑的方案,能够提供两种地球张角(17.46°和26.54°),实现了地面上模拟卫星在太空中所看到的地球.该问题的研究对提高摆动扫描式红外地球敏感器卫星地面性能测试水平具有重要意义.     

一种高精度红外地球波算法与硬件实现

红外地球敏感器是卫星姿态测量的关键部件之一.在研制过程中,需要红外地球波信号源为其提供电激励信号,组成闭环测试系统,从而完成对红外地球敏感器的地面测试与标定.针对红外地球敏感器研制过程中逻辑功能验证、精度测试、可靠性环境寿命试验等需求,提出一种高精度的模拟式红外地球波算法.在对算法的精度、实时性等进行仿真分析的基础上,设计了一种红外电地球波模拟器的硬件实现方案,并研制了样机.试验结果表明,该算法及系统能够满足红外地球敏感器地面测试中的实时性和高精度需求.     

扫描式红外地球敏感器抗干扰技术研究

介绍了卫星姿态敏感器的重要作用,总结了国内外相关机构对红外地球敏感器受扰状况的分析及相关技术。针对红外地球敏感器容易受扰的现实,以扫描式红外地球敏感器为例,详细分析了各种抗干扰原理及相关技术措施,强调了考虑星上敏感器采取抗干扰措施的必要性,对红外地球敏感器的抗干扰设计有一定的指导作用。     

红外地球敏感器测试用电信号源软件实现

在卫星姿态测量中,红外地球敏感器为核心部件。在研制红外地球敏感器过程中需要红外地球波电信号源为其提供电激励信号,根据红外地球敏感器测试要求设计了红外地球波电信号源的软件系统。软件系统主要包括CPU板上主控软件和FPGA固化软件两部分,分别实现对红外地球波电信号源信号发生的控制和专用信号发生模块信号输出的控制。调试结果表明软件系统具有高可靠性、功能全面的特点,满足红外地球敏感器测试用信号源实时性和高精度的要求。     

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。     

地球反照对星敏感器的影响分析

利用光度学的概念和点源辐射传输率(PST),提出了一种分析地球反照对星敏感器的影响的几何光学模型。该模型对地球表面按照经纬度划分了网格,为已知的TOMS反射数据的应用提供了接口,具有一定的通用性和实用性,可简要分析卫星上的星敏感器在一定输入条件下,包括轨道高度、星敏感器的安装方位、太阳入射角度等,地球反照到达遮光罩入口、出口的照度,以及不同离轴角下像面接收的地球反照的照度值。借助此模型,可以为星敏感器在卫星上的安装方位提出建议,并估算出星敏感器遮光罩的抗地球反照干扰性能。仿真分析表明,对于中低轨道而言,地球反照到达星敏感器遮光罩入口的辐照度变化不大,地球反照到达星敏感器遮光罩出口的辐照度主要与遮光罩自身的PST和遮光罩的安装仰角有关;当遮光罩的安装仰角φ=32.5°时,出口的辐照度下降到10-7W/m2,满足遮光罩消杂光的要求。     

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。     

红外地球敏感器整机EMC试验测试设备

在不同的型号任务中,对摆动扫描式红外地球敏感器在电磁干扰的环境中所达到的抗干扰能力需要进行考核。详细介绍了便携式摆动扫描式红外地球敏感器整机EMC 试验专用性能测试设备的总体结构及主要部分结构设计,该设备能考核地球敏感器的整机性能指标,给出红外辐射信号,全面考核产品的光、机、电性能。所设计的地球模拟器针对卫星35 786 km 和21 500 km 两个轨道高度,采用可更换地球光阑的方案,提供17.46和26.54两种地球张角,所研究的测试设备实现了在地面上模拟卫星在太空中所看到的地球,供星上红外地敏在地面上测试性能使用。     

多轨道准直式红外地球模拟器结构设计

为解决红外地球敏感器地面性能测试实验中需要模拟多种地球张角的现实问题,文中利用准直光学系统模拟目标,对多轨道红外地球模拟的技术进行了深入研究。提出一种可变地球张角模拟的总体方案,并对模拟器各关键部分锗准直透镜、可变地球光阑等进行了详细的光机结构设计,给出了设计结果和设计方法。针对地球模拟器地球张角检测的需求,还提出一种地球张角检测方法,搭建了检测装置,并对模拟的不同轨道对应的地球张角进行了实测,结果表明:对应于18 000、35 786、42 000 km三种轨道高度的地球张角模拟精度均优于0.05,完全符合对红外地球敏感器的标定要求。     

色温可调星模拟器光源的研究现状

星敏感器是卫星姿态控制的重要部件,星模拟器作为星敏感器地面性能测试与精度标定设备,其模拟精度对星敏感器姿态控制精度起到了至关重要的作用.简要介绍了星模拟器的组成及工作原理,着重叙述了近20年内具有代表性的色温可调星模拟器的光源选取情况,其中最具代表性的光源为LED、溴钨灯、氙灯、超连续谱激光.通过对光源模拟方案的比较分析,给出了色温可调星模拟器光源的发展趋势.     

对地观测星载激光测高仪在轨姿态系统误差检校方法

星载激光测高仪通过接收经地表反射的微弱激光脉冲回波,计算卫星与地表的距离;结合卫星位置和姿态数据,生成激光脚点精确地理位置和高程结果。对于高程精度10 cm量级的对地观测激光测高仪,必须对影响严重的姿态角系统误差进行标定和校正。文中推导得出星载激光测高仪姿态角误差与已知地表先验信息相关联的数学模型,设计了利用大洋表面作为地表标定场,通过卫星姿态机动方式,最小二乘估计算法校正卫星在轨系统误差的具体方法。仿真结果表明,所设计的方法能够准确估计存在的姿态系统误差,即使大规模观测值丢失,估计偏差也小于5%。这种在轨运行系统误差的标定方法对于对地观测星载激光测高仪的姿态误差检校具有参考意义。     

基于51的太阳能LED路灯的设计与实现

本文基于AT89S51单片机实现对太阳能LED路灯照明控制系统进行优化设计和研究。该系统以太阳为光源,白天充电,晚上使用,也可根据外界环境明暗的变化,能够自动进行灯亮和灯灭。整个系统分为路灯控制器、太阳能采集电路、蓄电池控制器、红外传感器距离感应电路、光敏电阻模块、负载输出控制与过流检测电路、键盘电路、节能LED电路、LCD显示等模块。通过红外传感器可以接收物体在一定范围内发出的红外线,实现行人过往时点亮路灯,改善节能环保的目的。作品整体设计由金属架子（底座有废旧木板）构成、设计作品工艺精湛、美观、实用性强、体现了绿色环保理念、极大的方便了人们的夜间出行。     

一种基于STK的地平仪数值仿真方法

介绍了红外 地平仪探头的布局和姿态解算公式,然后提出了一种利用卫星工具包软件(Satellite Tool Kit, STK)建立地平仪仿真模型的方法。利用 该模型对地平仪进行了动态仿真并获取了探测图像。最后,利用获取图像解算出了卫星姿态并给出 了不同工况下的仿真结果。该方法可以在项目开发早期帮助确定地平仪方案,以避免不必要的 重复工作。     

高精度准直式太阳模拟器光机结构设计

为了实现对卫星控制系统中太阳敏感器的高精度地面标定和测试,提出一种真实模拟太阳光辐射特性的高精度准直式太阳模拟器设计方案,根据模拟器热功率高的特点,对氙灯与组合聚光镜、转向平面反射镜、光学积分器等主要组成部分进行了详细的光机结构与热控结构的设计.运用Ansys软件进行热学仿真分析,保证热控结构设计的合理性与最优性.通过实际检测,设计的太阳模拟器可以真实地模拟太阳光辐射特性,准直角小于32',辐照面小于100 mm时,不均匀度优于1.6 %;辐照面在(100~300) mm时,不均匀度优于4.2 %,满足对高精度太阳敏感器的地面标定和精度测试.     

Pyroelectric infrared detector for precision earth sensor

Two new types of infrared detectors have been developed for the precision earth sensor in the three axis stabilized satellite, Engineering Test Satellite VI (ETS-VI). Both detectors have a pair of infrared sensing elements, each of which is made of a pyroelectric material and mounted on an immersion lens. A-type element is a flake of lead titanate ceramic, and B-type is a sputtered epitaxial film of calcium-modified lead titanate. The precision earth sensor consists of a scanning mirror and an infrared telescope containing an objective lens, plus either type of infrared detector. Detectivity of each type at 120Hz, which is the nominal frequency of the earth sensor's signal, is 1.5×10⁹Hz^1/2/W(A-type) and 2.7×10⁹Hz^1/2/W(B-type) at 14～16.25μm. Each value is 2.5 and 4.5 times as high as the previous model in ETS-V. A-type detector passed the space environmental test and the random error cf attitude measurement was 0.03 deg with the preliminary model of the earth sensor being ahead of the breadboard model. This measurement accuracy is nearly equal to that of the foremost earth sensor. A-type was chosen as the detector for ETS-VI. The random error of the earth sensor with B-type detector is 0.012deg, smaller than a half of the A-type sensor's error. Investigation of B-type is being continued in order to confirm its reliability for space use.     

高精度海洋耀斑二维指向算法研究

在探测海面大气成分时,由于海面的反射率较低,通过观测高亮度的海洋耀斑可提高入瞳辐射能量,从而获得高信噪比的可见光-短波红外大气观测数据。海洋耀斑本质上是太阳的像,相对卫星的张角较小,因此需要卫星通过二维跟踪机构实现跟踪观测。研究了一种考虑地球椭率的海洋耀斑二维跟踪计算方法,分析了地球椭率以及太阳对地球的张角对计算误差的影响,给出了一年内的误差变化情况,并将其与卫星工具包(Satellite Tool Kit, STK)输出的结果进行了对     

空间目标在轨红外成像仿真

为了使空间目标红外成像仿真尽量反应实际在轨工作状态,文中综合考虑目标自发辐射、太阳光辐射、地球辐射和地球反照的影响,结合空间目标在轨单点经纬度姿态数据、材料数据、探测器数据等先验信息,提出了一种空间目标在轨红外成像仿真技术。首先,阐述了空间目标红外成像仿真的理论模型。然后,以某简单立方体卫星为例,进行了在轨红外成像建模与仿真。所提出的空间目标红外成像仿真方法对空间目标探测、识别与跟踪算法的研究具有重要意义。