一種大視場高性能星敏感器研制.pdf

1、目前,在高精度姿態(tài)測量應(yīng)用領(lǐng)域,星敏感器備受青睞,甚高精度星敏感器的姿態(tài)測量精度能夠達(dá)到角秒級(jí)甚至更高。CCD星敏感器采用CCD圖像傳感器作為光電轉(zhuǎn)換器件,在完成曝光、圖像采集后,經(jīng)過星像提取、星圖識(shí)別和姿態(tài)計(jì)算,得出光軸在慣性空間的瞬時(shí)指向,最終確定運(yùn)動(dòng)載體的三軸姿態(tài)。
　　本文致力于大視場高性能星敏感器的研制工作,完成的內(nèi)容包括CCD48-20星敏感器的硬件和FPGA邏輯設(shè)計(jì)、提高星敏感器數(shù)據(jù)更新率的方法研究和大視場星敏感器標(biāo)

2、定方法設(shè)計(jì),具體內(nèi)容如下:
　　完成CCD48-20星敏感器的硬件設(shè)計(jì)和FPGA邏輯設(shè)計(jì),細(xì)致的介紹了系統(tǒng)中各個(gè)功能模塊完成的任務(wù)和設(shè)計(jì)原理。該款星敏感器的星像提取(由FPGA實(shí)現(xiàn))與星圖存儲(chǔ)同步進(jìn)行,和以往的星敏感器相比,數(shù)據(jù)的更新率和實(shí)時(shí)性大為改善。
　　高數(shù)據(jù)更新率是新一代星敏感器研制的要求,星像提取在姿態(tài)確定的整個(gè)過程中是比較費(fèi)時(shí)的,并且它是完成星圖識(shí)別和姿態(tài)計(jì)算的基礎(chǔ)。因此,如能實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)的星像提取,必將有利于高

3、更新率星敏感器的研制。當(dāng)前的星敏感器都在星圖存儲(chǔ)完成以后,由DSP(或FPGA)完成星像的離線提取。這種先存儲(chǔ)后提取的方式時(shí)效性不高,隨著CCD面陣的增大,時(shí)效問題凸顯,難以保證星敏感器對(duì)精度和動(dòng)態(tài)性能的要求。為了改善星敏感器姿態(tài)數(shù)據(jù)的更新率和實(shí)時(shí)性,文中提出了將星圖存儲(chǔ)和星像提取并行進(jìn)行的工作模式,解決了實(shí)現(xiàn)該模式所需的在線星像提取技術(shù)。在CCD48-20星敏感器上的對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明,該技術(shù)下,星敏感器數(shù)據(jù)的更新率和實(shí)時(shí)性都大為提高,星敏

4、感器的精度和動(dòng)態(tài)性能也大為改善。
　　常用的星敏感器標(biāo)定方法有兩種,分別是待定系數(shù)法和內(nèi)部參數(shù)估計(jì)法。待定系數(shù)法適用于小視場(<15°×15°)星敏感器的標(biāo)定,隨著星敏感器視場的增大,其標(biāo)定精度變差;而內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定法采用實(shí)驗(yàn)室和外場觀星相結(jié)合的標(biāo)定方式,不僅標(biāo)定過程繁瑣,而且標(biāo)定精度也不高。設(shè)計(jì)的CCD48-20星敏感器視場范圍達(dá)(20°×20°),為了保證大視場星敏感器的標(biāo)定精度,本文將星敏感器內(nèi)部參數(shù)和外部安裝偏差統(tǒng)一建模,推