纳型星敏感器新技术研究

发布时间：2017-07-16 19:34

  本文关键词：纳型星敏感器新技术研究

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【摘要】：星敏感器是一种以恒星作为参考物进行姿态测量的姿态敏感器,是目前航天领域应用最广泛的姿态测量设备。传统的星敏感器有着质量重、体积大、功耗高的缺陷,应用范围有很大的局限性,尤其是不能满足蓬勃发展的微小卫星对资源约束的需求。本文针对微小卫星的资源约束,开展了纳型星敏感器的相关技术研究,研制完成了纳型星敏感器原理样机,其中,作者完成的主要工作及创新性研究成果如下:(1)建立了星敏感器所需的高精度导航星表,并修正了恒星的自行、周年视差、光行差、岁差和章动等因素对恒星视位置的影响。(2)开展了纳型星敏感器物理设计和优化,主要包括星点提取算法、质心定位算法、星图识别算法和姿态求解算法,完成了星敏感器全流程的软件编写和调试验证。(3)建立了星敏感器系统畸变标定的模型,利用高精度六自由度转台和平行光管对研制的纳型星敏感器全视场进行了标定,标定系统残差的均方根为0.0016度(5.72角秒)。(4)用外场测试方法对本课题完成的原理样机进行了测试,测试结果显示原理样机的指向测量精度为5.5角秒,横滚测量精度为56角秒,姿态更新率可以达到8Hz,在国际同类型的微小型星敏感器中技术指标处于领先水平。(5)提出了一种像素位置偏差测量新方法,仿真了位置偏差对质心定位精度的影响,该技术为发展高精度星敏感器(亚角秒)提供了一种新的技术手段。
【关键词】：纳型星敏感器 畸变标定 像素位置偏差 质心定位
【学位授予单位】：中国科学院国家空间科学中心
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V448.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 需求分析9-10
• 1.2 纳型星敏感器的国内外研究现状10-16
• 1.2.1 国外研究现状10-14
• 1.2.2 国内研究现状14-16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 第二章 纳型星敏感器总体设计17-27
• 2.1 星敏感器原理17-21
• 2.1.1 坐标系统17
• 2.1.2 星敏感器原理17-18
• 2.1.3 星敏感器各项技术指标18-21
• 2.2 星敏感器前端设计21-24
• 2.2.1 图像传感器选型21-22
• 2.2.2 光学系统选型22-23
• 2.2.3 前端设计可行性分析23-24
• 2.3 总体电路方案24-25
• 2.4 总体指标25-26
• 2.5 小结26-27
• 第三章 星敏感器算法研究27-39
• 3.1 星点像提取27-30
• 3.1.1 图像平面搜索27-29
• 3.1.2 区域生长算法29-30
• 3.2 质心定位算法30-32
• 3.3 星图识别32-37
• 3.3.1 导航星表建立32-33
• 3.3.2 星图识别算法33-37
• 3.4 姿态解算37
• 3.5 小结37-39
• 第四章 星敏感器标定研究39-53
• 4.1 星敏感器标定模型39-45
• 4.1.1 基本针孔模型39-40
• 4.1.2 畸变40-42
• 4.1.3 照相机前向模型42-43
• 4.1.4 照相机反向模型43-45
• 4.2 参数标定方法45-50
• 4.2.1 实验装置45-46
• 4.2.2 实验室模型46-47
• 4.2.3 参数估计47-48
• 4.2.4 标定结果48-50
• 4.3 小结50-53
• 第五章 样机测试验证53-59
• 5.1 测试方法研究53-54
• 5.2 外场观星测试54-58
• 5.2.1 星图匹配54-56
• 5.2.2 姿态测量精度分析56-57
• 5.2.3 算法运行时间测试57-58
• 5.3 与其它纳型星敏感器性能比较58
• 5.4 小结58-59
• 第六章 微像素定位技术在星敏感器中的应用研究59-69
• 6.1 像素位置偏差标定算法及标定装置60-63
• 6.1.1 像素位置偏差标定算法60-61
• 6.1.2 像素位置偏差标定装置及测量误差61-63
• 6.2 像素位置偏差对定位精度的影响63-67
• 6.2.1 星点像的仿真64
• 6.2.2 像素位置偏差的补偿方法64
• 6.2.3 无噪声条件下像素位置偏差对星点定位精度的影响64-66
• 6.2.4 有噪声条件下不同像素位置偏差大小对星点定位精度的影响66-67
• 6.3 小结67-69
• 第七章 结论与展望69-71
• 参考文献71-73
• 致谢73-75
• 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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中国硕士学位论文全文数据库 前3条

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本文编号：550270