星敏感器中面阵CCD的应用线路设计研究

本文阐述了星敏感器线路组成和系统要求，讨论了面阵CCD在星敏感器中的应用方法，提出了星敏感器关键敏感器件的线路实现方案，对星敏感器硬件电路的设计进行了分析和研究，并在此基础上对实际电路进行了测试，分析了测试结果。     

星敏感器系统偏差的标定

星敏感器是常用姿态敏感器中测量精度最高的姿态敏感器，但是星敏感器的系统偏差会影响姿态估计精度，因此星敏感器系统偏差的标定成为高精度姿态确定系统必须解决的关键技术。本文结合扫描式有效载荷的成像特点，推导了利用其成像图像中的地标点信息标定星敏感器系统偏差的方法，并且进行数学仿真验证了标定的可行性和有效性。     

利用GPS姿态敏感器和星敏感器测量值的组合确定航天器的姿态

GPS在航天领域的应用有几大优势，例如可在轨获得完全的导航信息，质量轻，体积小，功耗低等。 GPS定姿有许多重要的优点，可快速而可靠地实现初始姿态捕获，抗自旋速率，在执行任务期间始终有二颗GPS卫星在用户航天器视场之中可用于姿态确定。此外，GPS还可作为航天器的一种安全模式姿态敏感器。因此，GPS定姿技术看来是很有前途的。但由于GPS定姿受到基线长度和信号噪声的限制，可实现的定姿精度较低，因此，GPS姿态敏感器不能用于要求高精度姿态测量信息以及基线长度受结构限制的航天器任务上。对于这些航天任务，星敏感器将是合适的姿态敏感器。星敏感器安姿精度高，鲁棒性强，且星敏感器定姿算法业已完全成熟。利用星敏感器定姿的缺点是其视场受到限制，只能在较低的角速率下工作，敏感器性能随时间推移而降低，有时还会产生恒星识别问题。 考虑到GPS和星敏感器各有其优缺点，因此将GPS姿态敏感器和星敏感器组合，取长补短，看来这是极有前途的。这种敏感器组合可应用于广泛的飞行任务类型。满足高精度定姿要求。 目前在德国航空航天研究院（DLR）／德国航天测控中心（GSOC）已经上马了一个研究项目，着手开发GPS姿态敏感器和星敏感器的组合定姿新算法，探索研究两种敏感器互补和彼此支持的各种可能性，以提高姿态解的精度．拓宽这种定姿技术的应用范围。 本文发表的初步研究成果是在转台上进行的一次试验中获得的，试验转台上安装了一个配有4副接收天线的GPS定姿敏感器，在夜间的一次地面试验期间还在转台项上装了一个星敏感器。     

高精度星敏感器温度测量系统设计与实现

针对环境温度对高精度星敏感器测量精度的影响,设计了基于FPGA和AD7416的星敏感器温度测量控制系统。以FPGA作为主控制器,通过I2C总线控制温度传感器AD7416采集温度并控制制冷系统对星敏感器进行制冷,使其工作在-20℃-0℃范围内。实验结果表明,该系统测量速度快,测量精度高,提高了星敏感器的成像质量和测量精度,可满足星敏感器系统要求。     

低频振动对星敏感器成像影响分析

航天器高速飞行产生的不规则振动会对捷联方式安装的星敏感器星图成像过程带来负面影响.为了提高星敏感器星图成像质量,补偿不规则振动对星图成像带来的图象失真问题,通过采用点扩散函数理论描述运动成像过程,从成像机理角度分析了振动对星图成像的影响,利用该理论分析结论仿真得到了不同振动形式影响下的星图.结果表明:星敏感器成像过程受到环境振动影响会产生拖尾、扩散、旋转等现象,为星敏感器的减震设计和星图还原与提取提高了参考.     

国产化微小型星敏感器研究及应用

星敏感器是航天飞行器姿态控制的重要组成部件。基于国产抗辐射CMOS APS芯片和So PC控制芯片,设计一款微小型星敏感器的光学及电学系统,最终实现星敏感器的小型化、国产化。以研制一台国产化微小型化星敏感器作为切入点,研究其参数的设计、系统的构建、使用性能等关键技术问题。最终研制的星敏感器符合预期设计,能够完成基本功能。     

根据光能量分布确定CCD内插求中心精度

在星敏感器研制过程中,CCD内插求中心的精度将直接关系到星图识别的成功与否,而内插求中心的精度与光能量在CCD象元上的分布是密切相关的。本文从不同光能量分布对内插求中心精度的影响进行了理论分析,在此基础上完成了相应的计算软件,并对Thomson芯片进行了计算,给星敏感器光学系统设计提供了依据。     

基于CMOS和DSP的超小型星敏感器的研制

提出了采用高集成度的CMOS图像传感器结合DSP技术的技术方案,研制成功超小型的星敏感器。该星敏感器具有体积小、重量轻、功耗低的特性,完全能够满足航天制导的技术要求。     

星敏感器专用图象采集板的研制

本文主要介绍星敏感器专用图象采集板的结构、基本原理等方面的内容,探讨了有关与CCD象元一一对应的星象采集方法。     

ASTRO-C星载惯性基准装置

1.前言科学卫星 ASTRO-C 为完成其科学观测任务,需要高精度和高稳定的姿态控制。为满足这样的姿态控制要求,必然要用高精度的姿态敏感器。因此,为 ASTRO-C 开发了使用 CCD器件的高精度星敏感器和太阳敏感器,也开发了使用高精度积分陀螺的惯性基准装置 IRU。本文介绍该 IRU 的概况和试制结果。     

改进的RL模糊星图复原算法

研究了复杂工作环境对星敏感器成像的影响,总结了模糊图像退化与复原模型,并对经典RL模糊图像复原算法进行了分析.针对RL复原算法存在振铃效应的不足,提出了一种基于超拉普拉斯约束因子的RL复原算法.仿真结果表明:改进后的RL复原算法减弱了复原星图中的振铃效应,提高了复原星图的质量,为在复杂环境影响下星敏感器实现高精度星提取性能奠定了基础.     

CMOS有源图像传感器的最新研究进展

由于CMOS有源图像传感器在单片集成、系统功耗、价格以及微型化方面都大大优于CCD,近年来得到较快进展,特别是其抗辐射的性能,使其在空间应用方面尤其具有优势.介绍了CMOS有源图像传感器的原理、性能和研究进展,重点介绍了在空间领域,特别是星敏感器中的研究进展和应用现状.     

星敏感器光学系统的研制与性能测试的探讨

我国的经济社会不断发展,科学技术水平不断提升。近几年来我国的航天事业繁荣发展,星敏感器的应用范围越来越广泛。星敏感器具有突出的实用价值,一方面,星敏感器的观测水平较高,可以快速获取星体信息。另一方面,星敏感器的精度较大,可以得到科学的姿态分析结果。本文将具体探讨星敏感器光学系统的研制与性能测试,希望能为相关人士提供一些参考。     

星敏感器数学仿真

本文介绍了星敏感器的工作过程和主要算法，以及依据这些算法对星敏感器所作的数学仿真的方法和步骤，文中列举了一次数学仿真的实例。并且对影响星敏感器精度的部分原因作了分析。     

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。     

CCD噪声模型在几何最优线性姿态估计中的应用

星敏感器噪声主要来源于CCD图像传感器和控制与数据处理电路,这些噪声对姿态估计精度的影响不容忽视.在研究了CCD图像传感器中光子散粒噪声、暗电流噪声、电荷转移噪声及读出噪声四种主要噪声的基础上,分析了它们对亚像元质心法提取精度的影响.根据亚像元质心法提取结果,采用几何解析的最优线性姿态估计(OLAE)方法解算卫星姿态.仿真结果表明:考虑星敏感器噪声模型比单纯引入高斯白噪声具有更高的姿态估计精度.     

面向微小卫星的星敏感器研究

研制了一款新型面向微小卫星的星敏感器,采用商用器件构成以满足微小卫星对小型化的要求.星敏感器由工业镜头、DSP、低功耗CPLD和灰度型CMOS图像传感器组成.为进一步提高测量精度以满足卫星的需求,针对星敏感器的成像模型进行了分析,并用恒星校准的方式补偿了光学参数;对恒星处理算法进行了分析,在图像处理环节特别地采用了中值滤波技术,解决了孤立脉冲噪声对星点提取的影响.基于地球自转的星座跟踪实验表明,所研制的星敏感器样机欧拉角回归标准差为30″,已可实际应用于微小卫星平台.     

用可旋转光楔实现星敏感器标检

文章从星敏感器的误差分析出发，讨论了提高星敏感器角位置精度的要点，并具体地讨论了可放转光楔及由可旋转光楔构成的星敏感器标检台。     

基于CMOS APS高精度太阳敏感器

通过对CMOS APS的简要介绍以及它与CCD的性能比较,揭示出CMOS APS在太阳敏感器的研究发展方面所具有的优越性.在提出CMOS APS太阳敏感器一般方案的同时,对它进行了更进一步的探讨.并在探讨太阳敏感器视场和精度相互制约这一问题的过程中,结合CMOS APS各方面的优点,阐明了这一问题虽然在CCD太阳敏感器中难以解决,但在CMOS APS太阳敏感器中却可以得到有效解决.     

CCD星敏感器光学系统设计

本文介绍了CCD星敏感器光学系统参数选择,及就该设计指标进行的光学设计结果以及象质评价。光学系统的焦距为75mm,F/1.44,视场8.5°。