面向微小卫星的星敏感器工程化设计与实现
发布时间：2021-02-06 18:38
星敏感器作为目前精度最高的姿态敏感器,广泛地应用于各类高精度定位导航系统中,其精度可达角秒级,且星敏感器独立于轨道运动,不受空间位置的限制。但传统的星敏感器一般存在质量、体积和功耗较大的问题,且内部算法复杂,不能满足微小卫星定制化的需求。本实验室针对微小卫星的需求,研制了星敏感器的原理样机。本研究在实验室前人研究的基础上,对该样机存在的不足之处进行总结,确定了所要研究的内容和改进的方向,从而研制了一款适用于微小卫星的星敏感器工程样机。本文的研究工作主要包括以下内容:根据星敏感器的指标需求,完成了对星敏感器系统中关键技术指标的分析:首先,对星敏感器的光学系统进行分析,确定了包括光学镜头和图像传感器的选取准则;然后,根据微小卫星对星敏感器体积、质量和功耗等方面的要求,对其电学系统进行了约束;最后,考虑到星敏感器需要满足一定的更新频率,因此在对其软件算法设计时也进行了相应要求。针对现有的原理样机硬件系统的不足之处进行优化设计,以完善其功能和提高平台稳定性。根据本次星敏感器的任务需求,确定了以可编程逻辑器件CPLD和核心处理器DSP的电学架构,结合先进性的CMOS工艺的图像传感器和光学镜头的光...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 星敏感器国内外现状
1.2.1 星敏感器发展历程
1.2.2 星敏感器国外研究现状
1.2.3 星敏感器国内研究现状
1.3 本文主要工作
2 星敏感器原理样机现状和各项指标分析
2.1 星敏感器原理样机现状及其存在的问题
2.2 星敏感器各项指标分析
2.2.1 测量精度
2.2.2 星等极限
2.2.3 视场大小
2.2.4 视场内平均恒星数
2.2.5 体积、功耗和质量
2.2.6 更新率
2.3 本章小结
3 星敏感器硬件系统设计
3.1 硬件系统结构及需求分析
3.2 器件选型
3.2.1 光学系统的器件选型
3.2.2 光学系统可行性验证
3.2.3 电学系统的器件选型
3.3 电路设计
3.4 硬件系统指标验证
3.5 本章小结
4 星敏感器软件系统设计
4.1 DSP驱动软件设计
4.1.1 系统初始化
4.1.2 CMOS图像传感器初始化
4.2 CPLD驱动软件设计
4.2.1 星图采集与存储
4.2.2 星图滤波预处理
4.2.3 CPLD实现DSP三取二程序加载
4.3 DSP应用软件设计
4.3.1 初始捕获模式
4.3.2 跟踪模式
4.3.3 姿态解算
4.4 软件工程化设计及验证
4.4.1 测试覆盖性分析及验证
4.4.2 可靠性设计及验证
4.4.3 可维护性分析及设计
4.5 本章小结
5 星敏感器工程样机测试与性能分析
5.1 测量原理
5.2 测量结果及分析
5.2.1 基于实际星图的图像处理测试
5.2.2 基于外场观星的姿态精度实验
5.2.3 算法运行时间测试分析
5.3 本章小结
6 总结与展望
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]卫星姿态控制系统执行器微小故障检测方法[J]. 李磊,高永明,吴止锾,张学波. 北京航空航天大学学报. 2019(03)
[2]星敏感器技术研究现状及发展趋势[J]. 梁斌,朱海龙,张涛,仝玉婵. 中国光学. 2016(01)
[3]微型星敏感器镜头参数优化[J]. 杨森,蒙涛,马铁英. 航天控制. 2015(05)
[4]基于小区域滤波的快速星图弱小目标分割算法[J]. 奚晓梁,周晓东,张健. 系统工程与电子技术. 2012(01)
[5]CCD星图模拟器的设计及验证[J]. 郭敬明,魏仲慧,何昕,张磊. 中国光学与应用光学. 2010(05)
[6]CMOS图像传感器IBIS5-B-1300的驱动时序设计[J]. 孟晗,刘学斌,胡炳樑. 现代电子技术. 2010(06)
[7]天文导航中的星敏感器技术[J]. 李葆华,刘国良,刘睿,王常虹. 光学精密工程. 2009(07)
[8]星点质心定位算法最优门限研究[J]. 潘波,杨根庆,刘勇. 光学精密工程. 2008(09)
[9]基于恒星敏感器的姿态确定算法研究[J]. 陈希军,张泽,史话. 控制工程. 2008(03)
[10]白天CCD观星可探测极限星等值分析[J]. 魏合理,陈秀红,余凯,田永青. 强激光与粒子束. 2007(02)
博士论文
[1]高精度星敏感器若干关键技术研究[D]. 伍雁雄.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[2]基于星敏感器的捷联惯性/天文组合导航研究[D]. 孙龙.哈尔滨工程大学 2015
[3]高精度星敏感器星点提取与星图识别研究[D]. 贾辉.国防科学技术大学 2010
[4]APS星敏感器关键技术的研究[D]. 李杰.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2005
[5]大视场高精度星敏感器技术研究[D]. 王晓东.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
硕士论文
[1]杂光背景下星点提取与星图识别技术的研究[D]. 张皓晨.吉林大学 2019
[2]空天飞行器自主天文导航星图匹配技术研究[D]. 曹宇轩.南京航空航天大学 2019
[3]弹用光纤陀螺惯导/星敏组合导航系统技术研究[D]. 李斌.中国航天科技集团公司第一研究院 2018
[4]皮卫星星敏感器研究与设计[D]. 李赓.浙江大学 2017
[5]一种基于CIS的暗像素校正系统设计[D]. 陈国栋.西安电子科技大学 2017
[6]基于星光折射间接敏感地平的捷联惯性/天文组合导航方法研究[D]. 郎希开.哈尔滨工程大学 2017
[7]纳型星敏感器新技术研究[D]. 曹阳.中国科学院国家空间科学中心 2016
[8]大视场小口径星敏测量技术研究[D]. 李勉洪.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
[9]适用于皮纳卫星的微型星敏感器设计与测试[D]. 王萌萌.浙江大学 2014
[10]天文导航半物理仿真系统研究[D]. 汪洁萍.西安电子科技大学 2014
本文编号：3020910
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 星敏感器国内外现状
1.2.1 星敏感器发展历程
1.2.2 星敏感器国外研究现状
1.2.3 星敏感器国内研究现状
1.3 本文主要工作
2 星敏感器原理样机现状和各项指标分析
2.1 星敏感器原理样机现状及其存在的问题
2.2 星敏感器各项指标分析
2.2.1 测量精度
2.2.2 星等极限
2.2.3 视场大小
2.2.4 视场内平均恒星数
2.2.5 体积、功耗和质量
2.2.6 更新率
2.3 本章小结
3 星敏感器硬件系统设计
3.1 硬件系统结构及需求分析
3.2 器件选型
3.2.1 光学系统的器件选型
3.2.2 光学系统可行性验证
3.2.3 电学系统的器件选型
3.3 电路设计
3.4 硬件系统指标验证
3.5 本章小结
4 星敏感器软件系统设计
4.1 DSP驱动软件设计
4.1.1 系统初始化
4.1.2 CMOS图像传感器初始化
4.2 CPLD驱动软件设计
4.2.1 星图采集与存储
4.2.2 星图滤波预处理
4.2.3 CPLD实现DSP三取二程序加载
4.3 DSP应用软件设计
4.3.1 初始捕获模式
4.3.2 跟踪模式
4.3.3 姿态解算
4.4 软件工程化设计及验证
4.4.1 测试覆盖性分析及验证
4.4.2 可靠性设计及验证
4.4.3 可维护性分析及设计
4.5 本章小结
5 星敏感器工程样机测试与性能分析
5.1 测量原理
5.2 测量结果及分析
5.2.1 基于实际星图的图像处理测试
5.2.2 基于外场观星的姿态精度实验
5.2.3 算法运行时间测试分析
5.3 本章小结
6 总结与展望
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]卫星姿态控制系统执行器微小故障检测方法[J]. 李磊,高永明,吴止锾,张学波. 北京航空航天大学学报. 2019(03)
[2]星敏感器技术研究现状及发展趋势[J]. 梁斌,朱海龙,张涛,仝玉婵. 中国光学. 2016(01)
[3]微型星敏感器镜头参数优化[J]. 杨森,蒙涛,马铁英. 航天控制. 2015(05)
[4]基于小区域滤波的快速星图弱小目标分割算法[J]. 奚晓梁,周晓东,张健. 系统工程与电子技术. 2012(01)
[5]CCD星图模拟器的设计及验证[J]. 郭敬明,魏仲慧,何昕,张磊. 中国光学与应用光学. 2010(05)
[6]CMOS图像传感器IBIS5-B-1300的驱动时序设计[J]. 孟晗,刘学斌,胡炳樑. 现代电子技术. 2010(06)
[7]天文导航中的星敏感器技术[J]. 李葆华,刘国良,刘睿,王常虹. 光学精密工程. 2009(07)
[8]星点质心定位算法最优门限研究[J]. 潘波,杨根庆,刘勇. 光学精密工程. 2008(09)
[9]基于恒星敏感器的姿态确定算法研究[J]. 陈希军,张泽,史话. 控制工程. 2008(03)
[10]白天CCD观星可探测极限星等值分析[J]. 魏合理,陈秀红,余凯,田永青. 强激光与粒子束. 2007(02)
博士论文
[1]高精度星敏感器若干关键技术研究[D]. 伍雁雄.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[2]基于星敏感器的捷联惯性/天文组合导航研究[D]. 孙龙.哈尔滨工程大学 2015
[3]高精度星敏感器星点提取与星图识别研究[D]. 贾辉.国防科学技术大学 2010
[4]APS星敏感器关键技术的研究[D]. 李杰.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2005
[5]大视场高精度星敏感器技术研究[D]. 王晓东.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
硕士论文
[1]杂光背景下星点提取与星图识别技术的研究[D]. 张皓晨.吉林大学 2019
[2]空天飞行器自主天文导航星图匹配技术研究[D]. 曹宇轩.南京航空航天大学 2019
[3]弹用光纤陀螺惯导/星敏组合导航系统技术研究[D]. 李斌.中国航天科技集团公司第一研究院 2018
[4]皮卫星星敏感器研究与设计[D]. 李赓.浙江大学 2017
[5]一种基于CIS的暗像素校正系统设计[D]. 陈国栋.西安电子科技大学 2017
[6]基于星光折射间接敏感地平的捷联惯性/天文组合导航方法研究[D]. 郎希开.哈尔滨工程大学 2017
[7]纳型星敏感器新技术研究[D]. 曹阳.中国科学院国家空间科学中心 2016
[8]大视场小口径星敏测量技术研究[D]. 李勉洪.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
[9]适用于皮纳卫星的微型星敏感器设计与测试[D]. 王萌萌.浙江大学 2014
[10]天文导航半物理仿真系统研究[D]. 汪洁萍.西安电子科技大学 2014
本文编号：3020910
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3020910.html
