星敏感器外场观星标定及检验方法研究

介绍了星敏感器的主要检验标定方法-外场实测观星标定方法,以及实验平台的组成和搭建。根据对双CCD探头星敏感器获取的实验数据进行处理、分析,给出了动、静态三轴姿态精度和数据更新率。实验结果表明,采用这种方法可对星敏感器的精度、更新率、敏感星等级、捕获时间等指标进行检验,可信度高。     

高精度星敏感器二轴标定转台的设计

作为航天飞行器的姿态控制重要元件星敏感器,其控制精度的检测标定显得尤为重要,本文针对星敏感器测量空间里间角距的重要指标,提出了采用高精度二轴转台的设计方案,较好地实现了对星敏感器静、动态标定的目的,并对二轴转台的设计进行了详细的介绍．     

多通道舰载星敏感器标定方法

对系统参数的精确标定是研制高精度测量仪器过程中的重要工作。对于多通道舰载星敏感器来说,其光学系统和设备结构参数的精确标定是进行精确定位的重要前提。综合考虑舰载星敏感器光学系统中存在的原点误差、指向误差、轴系不正交、比例尺误差、倾斜误差以及畸变建立了光学系统参数标定模型和方法,结合多通道的系统结构特点建立了设备结构参数标定方法。方法总体标定精度约5?,满足舰载星敏感器定位精度需求。     

一种星敏感器安装误差自动化测量方法

针星敏感器安装误差的精确标定,该文提出基于平台式惯性/星光组合导航系统中,星敏感器相对惯性坐标基准的安装误差自动化测量方法。首先基于光电自准直仪测量方式,建立安装误差测量的数学模型,并通过仿真验证模型的有效性。开发一套自动化测试系统,利用高精度的光电测角仪模拟星光,将星敏感器主光轴对准星点,输出星点坐标信息,自准直仪测量标准六面体的姿态,通过与星敏感器坐标对比和软件自动解算得到星敏感器相对标准六面体的安装误差。试验数据能达到5″内的测试稳定精度,证明该方法可准确测量出星敏感器的安装误差,且测试稳定性好,已应用于工程精密测量。     

CMOS星敏感器焦平面装配及标定

针对高精度CMOS星敏感器的使用要求,本文对焦平面装配的误差进行了理论分析,搭建了CMOS星敏感器装配及标定测试系统,利用长焦距平行光管像面移动测量方法进行了星敏感器轴上和轴外的星点成像,获取了焦平面离焦量及倾斜数据.在这些数据指导下,成功完成了对某焦距50 mm,相对孔径1/1.25,全视场20°的CMOS星敏感器的...     

星敏感器参数标定及误差补偿

针对CCD星敏感器光学系统存在焦距不准确、CCD平面倾斜和旋转及光学镜头畸变等误差因素,在理想针孔模型的基础上,用几何方法建立了星敏感器模型。利用地面实验数据,以最小二乘法解算该数学模型,求出焦距、CCD平面倾斜和旋转因子及畸变因子等待标定参数。将标定出的参数代回数学模型,便可由星象点测量坐标直接计算并修正入射光方向矢量,从而对光学系统的误差进行了补偿。计算结果表明:星对角距统计偏差由标定前41″降到了17″,提高了计算精度。     

船用星敏感器星图模拟方法

针对船用星敏感器的仿真测试,提出一种高精度实时星图模拟方法。建立了星图模拟计算模型,并对非恒星要素的模拟方法进行分析。采用Visual C++编程实现相关算法。给出典型星图模拟实例,并与Starry Night软件产生的星图进行比对。结果表明,本文提出的方法能够对船用星敏感器各种运行场景下的星图进行模拟,模拟要素完整、正确,模拟精度与Starry Night接近至亚像素级别,每帧模拟星图生成时间约24.8ms。能够满足船用星敏感器高精度实时仿真测试要求。     

星敏感器在地面观星实验的结果分析

星敏感器是为航天飞器姿态控制系统提供姿态信息的测量系统。室外的实际观星,对检查星敏感器软件算法的正确性和实际星目标探测灵敏度能力,具有重要指导意义。本文介绍了星敏感器在云南天文台进行的观星实验,并对实验结果进行了分析。     

三轴紫外光学成像敏感器

设计了一种三轴紫外敏感器,解决了近地轨道大视场观测问题。通过非常规光学系统,即反射阵列组合式光学系统,将一圆型大视场分成八个子视场成像、叠加后经图像处理,为卫星提供三轴姿态信息和自主导航数据。三轴紫外敏感器标定精度为偏航小于0.05°,俯仰小于0.05°,滚动小于0.05°。研制成的工程样机,通过观星试验和利用星模拟器测试,三轴紫外敏感器可以观测到5等星;紫外波段敏感器可以作为是深空探测航天器重要敏感器之一。     

星敏感器中遮光罩设计及结果模拟

采用星敏感器测量卫星姿态是现行方法是精度最高的,而星敏感器的遮光罩设计是其中关键技术之一。星敏感器的精度取决于星点的位置计算精度,而星点位置计算需要有效的提取重点,这则取决于遮光罩对杂光的消除量级。针对这一情况,本文着重阐述遮光罩的设计,并采用一套OptiCAD的光学软件和MONTE－CARLO算法对进入遮光罩的光线进行模拟。最后对其结果分析、计算。     

高精度星图模拟及有效性验证新方法

为在地面上进行星图模拟以测试星图识别算法和星敏感器性能,提出了一种新的高精度星图模拟方法。该方法利用截面圆和固定区域的性质,根据赤纬值求解赤经跨度来确定选星条件;将选出的导航星通过构建理想星敏感器模型,来求解它们在CCD面阵上的精确位置;根据位置信息,采用TFT液晶光阀,以实现高质量的星图模拟;利用星间角距和投影原理的性质来验证星图模拟的有效性。仿真实验结果表明,与现有星图模拟方法相比,此方法选星速度快,模拟实时性好,准确率达到98.8742%,位置精度达到1/50个像素。     

科学级CCD相机在星敏感器中的设计与应用

星敏感器通过探测天球上不同位置的恒星来确定航天器的姿态。星相机是星敏感器的成像系统。虽然近年来CMOS成像技术快速发展,但在科学级成像领域,特别是星敏感器应用中,CCD技术较成熟。本文的研究目的是研究一种探测能力强、数据更新快的用于星敏感器的成像系统。文中主要研究了基于TH7888A科学级CCD传感器的星相机的设计和应用,说明了CCD工作原理,详细分析了该种CCD传感器的星等探测灵敏度,论述了CCD星相机的设计方案。并用成像实验、动态范围测试、星等探测能力实验等实验验证了所设计的相机的性能。设计的星相机可以用给定的小型光学系统在60 ms以内的积分时间探测6等星,相机可达到10帧/秒的图像数据更新频率,满足短积分时间进行快速星光成像的要求。     

基于星三角形角度的竞选式星图识别

提出一种基于主星三角形角度的改进竞选式星图识别算法.为进一步提高竞选式星图识别的抗干扰性,利用三颗星构造识别模式向量;选取视场中一定数量参与计算的星点,计算每三颗星构成的几何三角形中主星顶点角角度,再以其为模式量进行竞选式识别;结合相应数学分析,由于涉及计算维教(计算星点数)更高及数值分布范围更大,以角度为模式量的识别...     

三角形剖分以及PSO-BP神经网络在星图识别中的应用

为了实现星敏感器对航天器当前姿态的准确测量,如何提高星图识别算法的实时性和鲁棒性成为星敏感器的关键技术.对星图识别过程中应用的模式提取、训练样本集的建立以及神经网络训练方式的改进等算法进行研究.首先,设计一种基于星图特征的三角形剖分方法,将视场内的恒星以三角形的方式组合起来,提取星图模式,建立完备的训练样本集,使星图特...     

高精度动态星模拟器的光学系统设计

为了完成星敏感器的地面标定工作,满足动态星模拟器大视场、高精度的技术要求,根据动态星模拟器的工作原理,利用ZEMAX软件完成光学系统设计,实现了高精度动态星模拟器准确模拟星点。实验结果表明:系统焦距为110 mm,视场为16°,光谱范围为0.5～0.8 μm,全视场角内准直光学系统相对畸变≤0.05%,在60线对/mm时调制传递函数（MTF）优于0.7。提出了装配后确定系统实际焦面的方法,最后对光学系统实际出射精度进行分析和实验验证,验证结果表明:设计的高精度动态星模拟器光学系统的成像精度达到9″,实测的星间角距误差均优于13″,整个系统可以满足高精度动态星模拟器的使用要求。     

星敏感器图像模拟及目标背景运动特性分析

考虑了星敏感器的方位和俯仰角度,给出了一种星空背景和目标的星敏感器序列图像模拟方法.利用TLE轨道根数与SGP4/SDP4模型计算出星敏感器和目标的精确位置和速度.考虑了传感器坐标系、星体坐标系、2000.0地心惯性坐标系三者的关系,对背景和目标分别计算其在CCD中的成像位置和灰度值并叠加生成序列图像.最后在图像仿真的基础上,分析了图像中背景与目标的运动性质.对背景和目标在图像中运动性质的分析结果对于弱小目标图像检测问题的解决也有帮助.     

星模拟器星光颜色模拟的初步研究

针对当前星模拟器完全丢失恒星光谱信息的缺陷,本文进行了星光颜色模拟方面的初步研究.首先,选择合适的星表并确定要进行颜色模拟的恒星星号,得到该星色指数等一系列信息;同时,根据有关资料,推导出恒星色指数与色温之间的函数关系;至此,确定该星色温.其次,由黑体辐射公式,计算出黑体在此温度下的辐射特性.然后,根据色度学原理,把黑体在此温度下的辐射量刺激值积分,得到该色温的总刺激值,归一化就可得到相应的色度坐标,完成了恒星的星光颜色模拟.最后,说明并解释了本研究方案的不足之处.模拟实验结果证明了星光颜色模拟的可行性.     

凸多边形星图识别算法

为解决星敏感器中较大视场快速、可靠的星图识别,提出了以凸多边形为基元、完全不依赖于星等的星图识别算法。对给定的视场,挑选其中较亮的恒星,依其坐标排序,然后采用由平面上的点生成凸多边形的算法,就能得到唯一的、以恒星为顶点的凸多边形。为验证星图识别算法的有效性,建立了导航星数据库,其储存单元为凸多边形的边和相邻边的夹角,共有3832个边数不等的凸多边形。在CPU为33MHz 的PC104上仿真结果表明:在任意视场中,生成凸多边形的时间小于5ms,基于凸多边形的星图识别成功率高于99%,并具有较强的鲁棒性。     

色温对星敏感器恒星定位精度的影响

色温影响星敏感器恒星定位精度,运用光线追迹方法,研究色温对恒星定位精度的影响.在分析不同色温恒星光谱分布特征的基础上,建立恒星光谱模型,计算色温差异引起的恒星定位误差,计算结果表明:中心视场附近色温差异引起的恒星定位误差较视场边缘小;通过合理选择光学系统的响应波段,可以减小色温差异引起的恒星定位误差,但会损失恒星到达探测器感光面的光能量.例如,当响应波长从300～1 100nm减小为400～800nm时,星敏感器视场(0°,0°)、(0°,2°)和(0°,4°)处的单颗恒星定位误差分别减小为0.042 2"、1.965 2"和3.389 1",约为原来的54%、65%和70%;色温为9 600 K、7 600 K、5 600 K和3 600 K的恒星像斑能量分别约为原来的58%、62%、63%和51%.