基于CMOS APS的微型数字式太阳敏感器

研制了一种适用于微型航天器的两轴数字式太阳敏感器,其光学系统由CMOS APS图像传感器和MEMS工艺制作的孔阵列结构光线引入器组成.敏感器外形尺寸68 mm×68 mm×58 mm, 质量小于300 g, 功耗低于2.5 W, 更新率优于2 Hz.该文介绍了CMOS APS图像传感器的优势及其在太阳敏感器中的应用,以及所研制微型太阳敏感器的系统硬件、软件设计.对微型太阳敏感器样机进行了标定,结果表明微型太阳敏感器在±64°视场以内精度优于0.1°, ±10°视场以内精度优于0.02°.     

基于修正矩法的数字太阳敏感器图像处理

为提高数字太阳敏感器的角度测量精度,降低计算量,提高运算速度,选用矩法进行太阳成像质心的估算。针对矩法对图像背景敏感的缺点,考虑数字太阳敏感器所成图像背景大而有效亮斑小的特点,对矩法进行修正以消除背景影响,通过小孔衍射的计算机仿真结果确定修正矩法中的关键参数。在数字太阳敏感器的标定实验中,用修正矩法处理图像,分析了影响质心精度的因素,结果表明修正矩法在很大程度上消除了背景对质心估算精度的影响。综合各种误差因素后,在整个±64°视场内太阳敏感器成像质心的估算精度达到0.02像素。     

微型数字式太阳敏感器的原理实验

对一种基于新型光线引入器和有源像素传感器(APS) CMOS图像传感器的微型数字式太阳敏感器进行了设计和原理实验研究.介绍了系统的工作原理、光线引入器的结构特点和APS CMOS图像传感器的特点,进行了系统误差分析与实验.实验结果表明太阳敏感器的角度估算精度在±10°视场角内为 0.16°. 对太阳敏感器的实验研究和屏阵列光线引入器的结构设计与使用性能的初步探讨说明大面阵CMOS图像传感器和新型光线引入器有助于太阳敏感器的微型化和高精度化.     

数字太阳敏感器高精度电激励信号源设计

介绍了一种数字太阳敏感器的电激励测试系统的设计。设计中采用FPGA为数据处理、时序控制核心,采用数模转换器以及运算放大器构成模拟输出模块,采用串口与上位机进行通信。设计采用一种整体偏移的方法来模拟仿真太阳敏感器的图像探测器的输出。系统输出的电信号满足太阳敏感器大视场、高精度的要求,目前数字式太阳敏感器高精度电激励信号源系统已经在太阳敏感器研制过程中的地检实验中得到应用。     

立方星用太阳敏感器的设计

针对立方星的姿态控制中,获取卫星当前姿态的需求,设计了一种用于立方星的数字式太阳敏感器.通过线性CCD(Charge Coupled Device)和对应的狭缝型光学通路设计,实现了对点状光源相对于安装平面的法线双角度测量,并达到了视场角度40°,理论测量精度为0.01°的设计指标.该太阳敏感器采用了商用现成品和技术(COTS:Commercial Off-The-Shelf),具有体积小、功耗低、设计简单、稳定性高和易于集成的特点.作为满足立方星子板几何尺寸的COTS资源,在未来的立方星研制过程中具有潜在的应用价值.     

基于MEMS光线引入器的太阳敏感器技术

太阳敏感器是卫星等航天器上的重要姿态测量部件,其原理是测量太阳光线和敏感器本体主轴的夹角,近而确定卫星的指向。随着MEMS技术和高精度图像传感器技术的发展,将MEMS光线引入器阵列和APS（Active Pixel Sensor）图像传感器技术进行组合,在不增加系统的质量和功耗的情况下通过多个成像阵列来降低系统的随机误差,提高成像中心位置的准确性,从而将太阳敏感器的测量精度提高一个量级。同时采用图像预测提取相关算法（Future Extraction and Image Corre-lation-FEIC）,提高了系统的鲁棒性,在部分小孔受到堵塞等干扰情况下,依然保证系统正常工作,精度上基本上不受影响。传统的太阳敏感器一般采用单孔式光线引入器和CCD等方案来实现的,精度比较低。这种新设计思路和实现方法为太阳敏感器系统的可靠性提供了重要保障。     

基于CMOS图像传感技术的新型数字式太阳敏感器

数字式太阳敏感器是目前应用于航天器姿态控制系统的高精度敏感器.随着有源像素传感器(APS)作为新型图像传感器件在空间任务中的广泛应用,一种以APS为技术基础的新型数字式太阳敏感器以视场大、精度高、微型化、低功耗等特点,正在成为现阶段太阳敏感器的最新趋势.介绍了这种太阳敏感器的研制情况,其中详细阐述了设计原理、系统实现方案以及地面闭环测试等技术工作.     

太阳高度角对大气偏振模式航向解算误差影响分析

太阳子午线是大气偏振模式中重要的特征,可以将其作为导航的参考基准,从而获取其中所蕴含的重要导航信息;因此通过检测大气偏振模式中太阳子午线的位置,可以得到运动载体的二维航向信息。仿真实验结果表明,在不同太阳高度角时,太阳子午线的提取精度和航向解算精度都会受到影响。太阳高度角小于30°时,航向角误差维持在0.02°以内,在解算时可忽略;当太阳高度角在30°~60°时,航向角误差从0.02°开始缓慢增大为0.05°;当太阳高度角大于60°时,航向角误差急剧增大,最大可达0.1°以上;而当太阳高度角达到90°时,则完全不能进行航向测量。经过理论分析得出,当太阳高度角增大时,太阳子午线附近特征点分布区域会发散,在利用最小二乘法进行拟合时造成了误差。依据该分析可以在今后的航向解算时进行相应的误差补偿、优化算法以提高航向解算精度。     

太阳敏感器输出误差测量装置研究

设计完成了一种太阳敏感器输出误差测量装置,其原理简单、成本较低,可以满足大部分太阳敏感器地面测试测量精度的需求。太阳敏感器是卫星动态模拟器敏感器部件的重要组件之一。太阳敏感器输出误差测量是卫星动态模拟器研制和实验操作的一项重要的前期工作,精确测量太阳敏感器误差对以后的理论计算和仿真实验有重要意义。太阳敏感器主要通过测量太阳光线与卫星某一体轴之间的夹角,确定太阳在敏感器本体坐标系中的位置,通过坐标矩阵变换得到太阳在卫星本体坐标系中的位置,最终在卫星的姿态控制系统中求出卫星姿态,即卫星的空间方位。提出了一种新的基于ARM7单片机的数字太阳敏感期输出误差测量装置设计方法。采用高精度数字式二自由度电动转台作为测量装置的基台,用于改变输入角度。采用ARM单片机控制器控制转台的转动角度和转动速度;采用专用的太阳模拟器作为太阳敏感器的输入光源;太阳敏感器的输出角度通过无线模块传送至PC机进行输出处理操作。对比转台角度和太阳敏感器的输出实测角度,可以得到太阳敏感器的输出误差曲线。本测试系统误差来源较少,主要为动力学转台的运动误差和太阳模拟器光源误差。转台的运动控制精度为0.00125mm/(°)。理想情形本装置的测量精度为角...     

基于脉冲星和太阳敏感器的日地系Halo轨道组合导航研究

为提高平动点轨道探测器的自主导航能力,提出一种利用X射线脉冲星和太阳敏感器的导航算法. 利用X射线脉冲星导航理论,用X射线探测器测量X射线脉冲到达时间,同时利用太阳敏感器测量太阳视线方向矢量,建立导航系统观测方程. 在高精度星历模型下,对日地系Halo轨道建立数学模型,利用二级微分修正方法获取地球质心惯性系下的标称轨道,利用基于UD分解的联邦Unscented卡尔曼滤波方法进行状态估计,并研究了摄动因素对导航结果的影响. 仿真结果表明,该方法能够完成日地系平动点轨道的自主导航,并且比X射线脉冲星单独导航具有更高的导航精度.      

CCD太阳敏感器精度标定方法

介绍了CCD太阳敏感器的工作原理,对CCD太阳敏感器的误差进行分析,采用分段拟合的方法进行CCD太阳敏感器的精度标定.     

移动式太阳模拟器转动误差计算及消除方法研究

移动式太阳模拟器主要应用于太阳敏感器的模拟试验、性能测试与标定。通过对其两维平移和转动机构的控制,为太阳敏感器提供精确位置的光信号。本文通过理论计算并应用基于圆感应同步器的反馈控制系统来消除转动机构中涡轮蜗杆传动的空回误差角,来达到传动精度要求。     

采用光学非线性补偿的两轴微型太阳敏感器

卫星的小型化发展趋势相应地要求姿态敏感器件必须小型化。该文介绍了一种采用光学非线性补偿方法的两轴微型太阳敏感器技术。该敏感器在两个轴上的测量范围可以同时达到120°(±60°),测量精度优于0.1°,而其外结构尺寸只有50mm×50mm×25mm,总质量只有78g,总功耗小于24mW。其体积小、质量小、功耗低等特点可以满足微小卫星等航天系统对姿态测量敏感器部件的要求。该文给出了这种微型太阳敏感器的理论工作原理与实验测试结果。     

TDI光敏探测器扫描方向瞬时视场角的计算方法

TDI光敏探测器多用于扫描成像,评价其成像系统的分辨率常用扫描方向的瞬时视场角(IFOV)衡量 .文章首先分析了TDICCD成像仪瞬时视场角的计算方法,并在对红外TDI探测器和TDICCD的结构进行了比较后,得出红外TDI探测器瞬时视场角的计算方法,此方法也可应用于计算垂直于扫描方向的瞬时视场角.     

一种手动野外反射光谱测量装置在地表测量中的应用

为了在野外准确地测量地表的双向反射系数(BRF),在这里介绍了由角度测量装置、ASD光谱仪组成的对地光谱测量系统。测量装置的探测方向可以在同一平面内以天顶方向为起点±90°旋转,精度为1.5°,同时可以在0.2～1.5m之间调节测量高度。在探头方向固定ASD地物光谱仪光纤,可以通过改变探测管调节实际测量视场角,使测量时视场角范围变化在8°～25°。该测量系统可以测量地表目标样品的直径范围为5～50cm。同时,通过在探头方向增加的偏振装置可以实现对地表的偏振测量。     

风云四号气象卫星扫描成像仪——可见光通道星敏感

风云四号地球静止轨道气象卫星扫描成像仪可见光通道有16单元可见光探测器,既能进行对地观测,又有星敏感功能.成像仪每隔约30min,中断对地观测任务,工作模式转换到星敏感模式.在星敏感模式下,成像仪根据命令,在扫描视场东西23°×南北21°的四个角上,探测预先选择的3颗恒星.根据理想指向位置和实际探测位置间差异,确定有仪器姿态,补偿由于轨道、姿态漂移和热形变引起的成像仪光轴指向变化.星敏感使用了扫描成像仪的二维扫描机构、光学系统和可见光通道电子学系统.     

基于FPGA的CCD空间光通信光束跟踪研究

空间激光通信的光束跟踪系统主要负责完成信标光的精确跟踪和锁定,通常采用光电探测器件并配以相应的电子学伺服控制系统。本文设计了基于FPGA的CCD图像采集处理器,可以实现单CCD探测器的空间捕获和跟踪两种功能。研究了光斑位置中心提取的快速形心算法,实现了跟踪要求视场角为方位±5°、俯仰±5°、跟踪精度为200urad,跟踪灵敏度为10 MW。     

室内可见光通信遮挡场景下的可靠性评估

针对室内可见光通信应用场景,采用光线追踪方法分析了无遮挡、半遮挡和全遮挡三种模型下信号传输特性,研究了接收机探测器视场角与三种模型下通信性能之间的对应关系.研究结果表明:探测器所处状态由全遮挡模型切换至半遮挡模型时,平均接收信噪比仅降低1.51d B.切换至全遮挡状态时,平均信噪比降至11.96d B,室内中心接收点仍能满足通信基本要求.当视场角为50°时,可满足室内不同遮挡模型切换时信号不中断的通信需求.     

白天工作条件下大气激光雷达探测的实验研究

作者在已完成大气激光雷达系统夜间工作的基础上,对白天工作条件下的各种环境背景光的干扰进行了理论与实验分析,得出太阳直射光和天空光为白天工作的主要背景干扰,实验结果表明,经过激光发射与接收视场角严格匹配及使用干涉滤光器（2．6nm和0．15nm)进行窄带滤波,背景干扰被明显地剔除,可进一步压低背景干扰约20倍,证明采取视场匹配及干涉滤光器的措施可基本保证激光雷达系统在白天条件下工作。     

热变形对数字式太阳敏感器精度影响研究

简单介绍了数字式太阳敏感器的工作原理,对数字式太阳敏感器在不同工况下的热变形进行了仿真计算,并分析其对数字式太阳敏感器的输出精度的影响,最后对仿真结果与实验结果进行了比较.