CCD太阳敏感器技术研究

太阳敏感器是卫星姿态控制系统中的重要测量部件。本文重点阐述CCD（电荷耦合器件）太阳敏感器的优越性及在方案研究中的基本设计,并结合功能测试给出了太阳敏感器的标定原理,最后分析了CCD太阳敏感器的发展及其广泛应用的前景。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

线阵CCD遥感器单轴转台的设计

为了在实验室条件下模拟线阵CCD遥感器的飞行成像,并验证其成像效果,设计了一种线阵CCD遥感器单轴转台控制系统.介绍了线阵CCD遥感器单轴转台的工作原理,分析了转台模拟飞行器成像的误差,给出了转台的指标及参数设计.试验结果表明,速度回路控制精度为2％,位置回路稳态精度为6′,对外成像清晰,满足设计要求.     

基于星敏感器的星图模拟与去噪技术研究

随着小卫星应用技术的日趋成熟,测量精度高的CCD星敏感器备受青睐,快速而可靠的星图识别算法成为卫星姿态确定系统中最为关键的部分.要进行恒星的识别,就需要从星敏感器获得原始的图像,并从中提取要识别的目标及其特征.由于航天实验费用昂贵,星敏感器的地面调试、软件算法的最初模拟,不可能都进行实时星空拍摄,因此为了调试和评价星图识别算法,有必要利用计算机在地面上模拟生成星敏感器实时拍摄到的星空图片.本文的研究工作主要是星图模拟与星图去噪.首先学习了解CCD星敏感器原理,在此基础上模拟得到原始导航星图,然后模拟得到加了运动噪声的退化星图,最后学习维纳滤波和Matlab算法,利用Matlab算法中的维纳滤波方法对退化图像进行图像去噪复原技术研究,通过星图模拟和图像复原得到的仿真星图可以做成一个星图模拟器为星图识别工作提供仿真基础.     

星载多光谱CCD相机电子电路研制

研制的多光谱CCD相机采用线阵CCD推扫方式成像，具有5个成像谱段，每个谱段的敏感器阵列由3片CCD拼接而成，给出了相机电子电路部分的总体设计方案。采用各片CCD信号串行读出的方法形成两路视频信号，简化了星上数据处理电路。设计了直流差分耦合电路，使信号直流漂移降到20mV以下，采用无源滤波器抑制信号噪声，在保证奈奎斯特频率衰减小于0.5dB的前提下，使信号随机噪声降到了2mV以下。     

线阵CCD航空遥感模拟器的研究

为克服线阵CCD航空遥感器研制周期较长、无法进行前期系统联调工作的困难,设计了一种基于VC界面与现场可编程器件FPGA的线阵CCD航空遥感模拟器.整个系统通过VC仿真界面作为人机操作平台,完成指令、信息的交互;以FPGA作为模拟线阵CCD相机的核心器件,根据相应的指令和行同步信号、帧同步信号,按照线阵CCD相机的输出时...     

基于双星敏感器的船体姿态测量系统设计

提出了一种基于双星敏感器的船体姿态测量系统。本系统采用两台大视场高精度CCD星敏感器,一台指向船艉,一台指向左舷,组合定姿达到提高横摇角测量精度的目的。选用TH7888A作为CCD传感器,成像后经实时图像处理器提取星点目标位置、灰度信息传给数据处理计算机,通过星图识别、姿态确定获取地心惯性坐标系下视轴指向,经岁差、章动、极移、船位、蒙气差等修正,获得惯导地平系下姿态矩阵。依据标定的星敏感器与甲板坐标系安装矩阵,解算船体姿态角,将两台星敏感器解算的姿态角进行融合,达到获取三个高精度船体姿态角的目的。实验表明,该系统航向、纵摇及横摇测角精度分别达到8.46″、7.16″及5.11″,测量精度高、自主性强且能不随时间漂移。     

太阳同步轨道星敏感器热设计典型工况确定

以某太阳同步轨道卫星星敏感器为例,阐述了热环境分析、外热流计算、典型工况条件确定以及热试验模拟的全过程。首先,分析了星敏感器所处的内、外部热环境,确定了其温度水平的主要影响因素。其次,进行了星敏感器通光孔到达外热流的计算,确定了典型工况的工况条件。然后,制定了星敏感器热平衡试验外热流的模拟方案,利用闭环程控系统进行外热流加载。最后,依据星敏感器自身特点,提出了热试验外热流的加载策略。典型工况条件的确定合理可行。     

电荷耦合器件辐射效应理论分析与模拟试验方法研究

分析了CCD电离效应和位移损伤机理,建立了一种国产埋沟CCD器件物理模型,实现了CCD信号电荷动态转移过程的数值模拟,计算了1MeV、14MeV中子引起的CCD电荷转移效率的变化规律.建立了线阵CCD辐照效应离线测量系统,实现了CCD辐射敏感参数测试.利用Co-60γ源和反应堆脉冲中子,开展了商用器件总剂量和中子位移损伤效应模拟试验,在不同辐照条件下,给出了暗电流信号、饱和电压信号、电荷转移效率以及像元不均匀性的变化情况.     

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。     

小卫星姿态控制系统的地面测试方法

1 小卫星姿态控制概述 小卫星姿控系统主要由姿态测量敏感器、姿态控制器和执行部件三部分组成.姿态测量敏感器完成对卫星空间姿态的敏感和测量;姿态控制器让控制程序运行,根据姿态信息,进行姿态判断并发送控制指令;执行部件实现卫星的主动或被动控制.