一种基于新颖的CMOS有源像素图像传感器的微型星敏感器成像系统的实现方法

下一代星敏感器将向着小型化、低成本、低功耗的方向发展,以往的基于CCD图像传感器的成像系统由于受自身因素的制约,难以满足其发展需求.文中介绍了一种基于新颖的CMOS有源像素图像传感器的USB数字成像系统的设计实现,通过对实现的系统模型进行测试和分析,得出结论即基于CMOS有源图像传感器的成像系统完全有能力作为下一代星敏感器的光电探测器件,从而为微型星敏感器成像系统的实现提供了一种切实可行的方案.     

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。     

CMOS图像传感器辐射损伤导致星敏感器性能退化机理

为了分析恶劣空间辐射环境导致星敏感器性能退化、姿态测量精度降低的原因,深入研究了辐射环境下互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）图像传感器辐射损伤对星敏感器性能退化的影响。该方法通过建立空间辐射和CMOS图像传感器辐射损伤敏感参数、星敏感器性能参数之间的相关性,揭示了CMOS 图像传感器器件参数退化到星敏感器系统参数退化的传递机制。60Co-γ辐照试验表明:辐照后,系统信噪比的降低导致星敏感器星等探测灵敏度的降低,信噪比是联系CMOS图像传感器和星敏感器系统之间的桥梁。质子辐照试验表明:当辐照注量大于3.68×1010 p/cm2时,已无法正确提取星点质心。该研究结果为星敏感器在轨姿态测量误差预测和修正技术的研究奠定了一定的基础,更可以为高精度星敏感器的设计提供一定的理论依据。     

星敏感器技术研究现状及发展趋势

对国外星敏感器的研究现状和发展过程进行了综合分析,汇总比较了多种星敏感器的性能参数,特别介绍了CMOS APS器件的应用优势和APS星敏感器的发展现状.最后对星敏感器的发展趋势进行了简要阐述,认为星敏感器作为一种精确姿态测量装置,将在更多领域得到广泛应用.     

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。     

CCD噪声对星敏感器星点定位精度的影响

星点测量精度是表征星敏感器精度的一个重要指标,影响该精度的主要因素有：光学系统误差、图像传感器的噪声、电路噪声及软件算法等。图像传感器的噪声对星点定位精度的影响是不容忽视的,但很少对此进行研究。针对某给定参数的星敏感器,对TH7890M CCD图像传感器的各项噪声进行了定量计算;基于亚像素细分质心算法,针对各噪声的分布特点及规律,分别推导出各自的均方根误差,综合各项误差得到CCD噪声的星点定位精度模型。计算结果表明TH7890M CCD的主要噪声有读出噪声、光子散粒噪声和光响应不均匀性引起的随机噪声;影响星敏感器星点定位精度的主要噪声是读出噪声和光子散粒噪声;对6等星进行星点位置的估计,CCD噪声达到了1/40像素的精度水平。     

基于CPLD的CMOS APS驱动时序的设计

详细介绍了Photobit公司的PB-1024CMOS APS图像传感器的驱动时序关系,提出了基于CPLD来实现CMOS APS图像传感器驱动控制电路的方法。系统选用美国Xilinx公司的XC9500系列CPLD作为硬件设计的开发平台,运用VHDL语言来实现对驱动电路的硬件描述,并采用Xilinx公司的Foundation软件对设计的驱动时序进行了仿真。测试与仿真结果表明所设计的驱动时序电路完全能够达到CMOS APS图像传感器的要求。     

基于CPLD的CMOS APS驱动时序的设计

详细介绍了Photobit公司的PB-1024 CMOS APS图像传感器的驱动时序关系,提出了基于CPLD来实现CMOS APS图像传感器驱动控制电路的方法.系统选用美国Xilinx公司的XC9500系列CPLD作为硬件设计的开发平台,运用VHDL语言来实现对驱动电路的硬件描述,并采用Xilinx公司的Foundation软件对设计的驱动时序进行了仿真.测试与仿真结果表明所设计的驱动时序电路完全能够达到CMOS APS图像传感器的要求.     

基于CPLD的CMOS APS驱动时序的设计

详细介绍了Photobit公司的PB-1024CMOS APS图像传感器的驱动时序关系，提出了基于CPLD来实现CMOS APS图像传感器驱动控制电路的方法。系统选用美国Xilinx公司的XC9500系列CPLD作为硬件设计的开发平台，运用VHDL语言来实现对驱动电路的硬件描述，并采用Xilinx公司的Foundation软件对设计的驱动时序进行了仿真。测试与仿真结果表明所设计的驱动时序电路完全能够达到CMOS APS图像传感器的要求。     

基于APS星敏感器与光纤陀螺的星光制导

研究了APS星敏感器基于星光折射模型的自主测量轨道和全天球自主星图识别的测量姿态方法,阐述了光纤陀螺的测量模型.详细介绍了基于APS星敏感器与光纤陀螺的组合制导系统的原理,并给出了星光一惯性组合制导系统的轨道、姿态确定算法.依据APS星敏感器和光纤陀螺的技术指标,对算法进行了仿真,结果表明,该星光一惯性组合制导系统可以有效修正弹道导弹的初始定位误差及初始对准误差.     

有源像素传感器恒星探测极限计算方法

恒星探测极限是星跟踪器的一个关键参数，在导航星库的建立和星图识别过程中起着重要作用。根据恒星辐射模型和CMOS有源像素传感器的噪声计算模型，提出了一种在给定信噪比和有源像素传感器噪声条件下，计算星跟踪器恒星探测极限的方法。该方法利用单位时间内、单位面积上有源像素传感器对0星等恒星的响应来求取恒星探测极限。最后，在信噪比为8的条件下，结合星跟踪器的有关参数给出了一个计算恒星探测极限的具体实例。     

CMOS active pixel sensor star tracker with regional electronicshutter

A 64×64 element CMOS active pixel sensor (APS) for star tracker applications is reported. The chip features an innovative regional electronic shutter through the use of an individual pixel reset architecture. Using the regional electronic shutter, each star in the field of view can have its own integration period. This way, simultaneous capture of bright stars with dim stars is accommodated, enabling a large increase in tracker capability. The chip achieves 80 dB dynamic range, 50 e-rms read noise, low dark current, and excellent electronic shutter linearity     

新型分体式星敏感器设计及其应用

星敏感器是当前广泛应用于航天器姿态测量的高精度光学姿态敏感器。介绍了一种新型分体式星敏感器的总体设计、应用及验证情况,其已成功应用于科学试验、通讯及地球观测等多种卫星平台,共有21套产品在轨验证。根据在轨遥测数据分析,全面验证了其主要技术指标:探测灵敏度5.7Mv、数据更新率8Hz、测量精度2.6、阳光抑制角28、动态性能1（）/s等。新型分体式星敏感器是国际上首个在轨飞行验证并引入控制系统闭环控制的APS星敏感器,根据地面测试验证结果和20余套产品长达两年在轨数据的全面分析,其在轨性能与地面测试性能一致,在轨测试结果证明产品的测量精度、鲁棒性、可用性和可靠性等主要性能满足卫星使用要求。     

CMOS image sensors: electronic camera-on-a-chip

CMOS active pixel sensors (APS) have performance competitive with charge-coupled device (CCD) technology, and offer advantages in on-chip functionality, system power reduction, cost, and miniaturization. This paper discusses the requirements for CMOS image sensors and their historical development, CMOS devices and circuits for pixels, analog signal chain, and on-chip analog-to-digital conversion are reviewed and discussed     

Single-Chip Eye Tracker Using Smart CMOS Image Sensor Pixels

The eye tracker is a system that detects the point where the user gazes on. The conventional eye tracker using a Charge-Coupled Device (CCD) camera needs many peripherals and software computation causing high cost, computation time and power consumption. This paper proposes a single-chip eye tracker using smart CMOS Image Sensor (CIS) pixels. The proposed eye tracker does not require additional peripherals and operates at higher speed than the conventional approach. The prototype chip was designed and fabricated for a 32 × 32 smart CIS pixels array with a 0.35-μ m CMOS process. The test results show ± 1 pixel error at the rate of 125 frame-per-second. The power consumption is 260 mW with 3.3 V supply voltage and the silicon area is 3.8 mm²     

Precise FPN compensation circuit for CMOS APS [imager]

Fixed pattern noise (FPN) is one of the major disadvantages of CMOS imagers in comparison with CCD imagers. A simple and precise FPN compensation circuit for a CMOS active pixel sensor (APS) imager with an in-line non-destructive readout function is presented     

适用于小视场星敏感器的导航星表构建方法

导航星表构建是星敏感器设计阶段的重要工作.对于小视场,受限于恒星分布规律,易出现导航星表空洞问题.为解决小视场条件下均匀完备导航星表构建问题,对基于球面螺旋基准点的导航星表构建方法进行了改进:摒弃了原方法通过改变球面螺旋基准点数量和位置重新构建导航星表的思路,转而通过增选部分恒星来达到减少星表空洞的目的.设立了描述恒星消除星表空洞能力的权值,并以该权值递减顺序开展恒星增选;同时,设计了增选恒星距离阈值条件以保持增选后导航星表的均匀性.仿真表明,在4圆形视场条件下,相对于原方法,文中方法得到的导航星表,总星数减少708颗,均匀性指标提高约44%,而星表空洞变化较小,显示了较好的性能.     

激光对CCD及CMOS图像传感器的损伤阈值研究

针对激光对CCD及CMOS图像传感器的干扰损伤进行了理论分析和实验研究.实验测量出常压及真空条件下1064nm激光对CCD及CMOS图像传感器的干扰阈值、损伤阈值及完全损坏阈值.实验结果表明,CCD或CMOS图像传感器的各种阈值在常压和真空两种不同条件下的差别不明显.实验结果还显示,无论在常压还是在真空条件下,CCD比CMOS更容易受到激光的干扰和损伤甚至严重损坏;而CMOS相机具有很好的抗干扰和抗损伤能力.     

CCD图像传感器发展与应用

主要介绍了线阵CCD、面阵CCD、帧转移CCD、ITO-CCD和电子倍增CCD等图像传感器的发展现状.以CMOS器件作为比较,探讨和研究CCD图像传感器的应用领域以及未来发展趋势.