基于几何位置分析的星敏感器布局研究

针对对地三轴稳定卫星中存在的杂散光严重影响星敏感器测量精度和准确性的问题,在研究日-地-月-星的几何位置的基础上,结合卫星的姿态信息、星敏感器的安装位置,以及视场范围,分析了卫星在轨运行过程中太阳光、月球反射光对星敏感器的影响。此外,根据星敏感器的布局设计状况,探讨给出不同时刻推荐使用的星敏感器方案,进而有效避免杂散光对星敏感器的影响。     

三视场星敏感器系统结构布局的优化

研究了三视场星敏感器的相关坐标系及旋转关系,讨论并给出计算视场内导航星数目的方法,指出优化三视场星敏感器结构布局的依据和途径。通过蒙特卡罗仿真,统计导航星捕获概率,给出了结构布局优化结果。从姿态测量精度、导航星捕获概率、光学系统设计难度方面折中考虑,选择极限星等、视场角和光学系统光轴仰角的最佳参数分别为5.0等、11°×11°和40°,此时捕获4颗以上导航星的概率达到99.43%。     

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。     

基于星敏感器的卫星对地定姿误差分析

风云三号气象卫星上携带的一台星敏感器解算出的卫星对地姿态呈现出非正常的幅值约为0.15°的正弦周期性偏差。为解决上述问题,分析了影响卫星对地姿态的误差因素,对星敏感器本身的主点偏差、焦距误差、光轴不垂直、CCD面旋转、星表位置误差等对卫星对地姿态误差的影响规律进行了仿真和分析。结果表明:对于CCD为512×512、象元大小为17μm、视场为16°×16°、安装方位角、高角分别为107°、29°的星敏感器而言,主点偏差5像素,会对卫星对地姿态带来最大约为0.17°的固定系统偏差;焦距误差0.1mm、光轴不垂直0.1°、CCD面旋转0.1°等对卫星对地姿态的影响较小,误差不超过30";星表中恒星位置在不加岁差、章动修正的情况下,会造成卫星对地三轴姿态误差呈正弦周期性变化,且周期与卫星轨道周期一致。风云三号气象卫星的对地姿态周期性偏差现象是由于星敏感器的星表恒星位置未进行岁差、章动等修正引起的。     

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.     

基于矩阵星图识别算法的卫星三轴姿态确定方法研究

针对基于星敏感器的三轴稳定卫星姿态确定系统,总结比较了目前用于姿态确定的常用姿态敏感器的性能,引出了星敏感器的核心-星图识别算法,进而分析比较了当前星敏感器星图识别相关的几种算法的优缺点,重点研究了栅格算法;并在此基础上,提出用矩阵星图识别算法,建立了基于矩阵星图识别算法进行卫星三轴姿态确定的数学模型,从而简便、快捷地求出卫星任意时刻的三轴姿态参数;最后利用Matlab分别实现了用栅格算法和矩阵法进行星图识别的仿真,验证了矩阵识别算法的优点,对于研究卫星姿态确定和提高星图识别算法的效率和精度有一定的参考价值.     

ASTRO-C卫星的CCD星跟踪器

1.前言近年来以天文观测为目的的科学卫星为进行姿态确定和控制,要求高精度的姿态敏感器。卫星姿态敏感器主要有地磁敏感器,太阳敏感器,地球敏感器等。星敏感器(星扫描器,星跟踪器)可作为高精度姿态敏感器。有代表性的实用星敏感器有以下两种:自     

三轴稳定卫星姿态控制周期的仿真研究

针对三轴稳定卫星的姿态控制系统,在离散事件仿真器OMNeT 的基础上,建立了以陀螺、星敏感器为敏感器,以反作用飞轮为执行机构的三轴稳定卫星的闭环控制系统.对于卫星姿态控制系统中控制周期的选取作了初步的分析,最后采用双矢量定姿算法和PID控制算法,设定多种控制周期,对该卫星在对地定向模式下的控制精度进行了仿真,仿真结果清楚的显示了控制周期对姿态控制精度的影响.     

基于星敏感器/光纤陀螺的卫星定姿算法

为了达到卫星三轴姿态确定的精度要求,以某一对地定向的小卫星为研究对象,提出了基于滤波算法的星敏感器和光纤陀螺组合定姿的方案。采用四元数的方法建立卫星姿态确定模型,并采用扩展卡尔曼滤波,对得到的卫星姿态误差和陀螺漂移误差信息进行信息融合和相应的修正。仿真结果表明,即使采用中等精度的陀螺组件,也可以实现高精度定姿;并且验证了星敏感器的测量噪声和滤波周期等因素对定姿精度的影响。     

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．