本文關鍵詞：納型星敏感器新技術研究

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【摘要】：星敏感器是一種以恒星作為參考物進行姿態(tài)測量的姿態(tài)敏感器,是目前航天領域應用最廣泛的姿態(tài)測量設備。傳統(tǒng)的星敏感器有著質(zhì)量重、體積大、功耗高的缺陷,應用范圍有很大的局限性,尤其是不能滿足蓬勃發(fā)展的微小衛(wèi)星對資源約束的需求。本文針對微小衛(wèi)星的資源約束,開展了納型星敏感器的相關技術研究,研制完成了納型星敏感器原理樣機,其中,作者完成的主要工作及創(chuàng)新性研究成果如下:(1)建立了星敏感器所需的高精度導航星表,并修正了恒星的自行、周年視差、光行差、歲差和章動等因素對恒星視位置的影響。(2)開展了納型星敏感器物理設計和優(yōu)化,主要包括星點提取算法、質(zhì)心定位算法、星圖識別算法和姿態(tài)求解算法,完成了星敏感器全流程的軟件編寫和調(diào)試驗證。(3)建立了星敏感器系統(tǒng)畸變標定的模型,利用高精度六自由度轉(zhuǎn)臺和平行光管對研制的納型星敏感器全視場進行了標定,標定系統(tǒng)殘差的均方根為0.0016度(5.72角秒)。(4)用外場測試方法對本課題完成的原理樣機進行了測試,測試結(jié)果顯示原理樣機的指向測量精度為5.5角秒,橫滾測量精度為56角秒,姿態(tài)更新率可以達到8Hz,在國際同類型的微小型星敏感器中技術指標處于領先水平。(5)提出了一種像素位置偏差測量新方法,仿真了位置偏差對質(zhì)心定位精度的影響,該技術為發(fā)展高精度星敏感器(亞角秒)提供了一種新的技術手段。
【關鍵詞】：納型星敏感器 畸變標定 像素位置偏差 質(zhì)心定位
【學位授予單位】：中國科學院國家空間科學中心
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V448.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 需求分析9-10
• 1.2 納型星敏感器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 第二章 納型星敏感器總體設計17-27
• 2.1 星敏感器原理17-21
• 2.1.1 坐標系統(tǒng)17
• 2.1.2 星敏感器原理17-18
• 2.1.3 星敏感器各項技術指標18-21
• 2.2 星敏感器前端設計21-24
• 2.2.1 圖像傳感器選型21-22
• 2.2.2 光學系統(tǒng)選型22-23
• 2.2.3 前端設計可行性分析23-24
• 2.3 總體電路方案24-25
• 2.4 總體指標25-26
• 2.5 小結(jié)26-27
• 第三章 星敏感器算法研究27-39
• 3.1 星點像提取27-30
• 3.1.1 圖像平面搜索27-29
• 3.1.2 區(qū)域生長算法29-30
• 3.2 質(zhì)心定位算法30-32
• 3.3 星圖識別32-37
• 3.3.1 導航星表建立32-33
• 3.3.2 星圖識別算法33-37
• 3.4 姿態(tài)解算37
• 3.5 小結(jié)37-39
• 第四章 星敏感器標定研究39-53
• 4.1 星敏感器標定模型39-45
• 4.1.1 基本針孔模型39-40
• 4.1.2 畸變40-42
• 4.1.3 照相機前向模型42-43
• 4.1.4 照相機反向模型43-45
• 4.2 參數(shù)標定方法45-50
• 4.2.1 實驗裝置45-46
• 4.2.2 實驗室模型46-47
• 4.2.3 參數(shù)估計47-48
• 4.2.4 標定結(jié)果48-50
• 4.3 小結(jié)50-53
• 第五章 樣機測試驗證53-59
• 5.1 測試方法研究53-54
• 5.2 外場觀星測試54-58
• 5.2.1 星圖匹配54-56
• 5.2.2 姿態(tài)測量精度分析56-57
• 5.2.3 算法運行時間測試57-58
• 5.3 與其它納型星敏感器性能比較58
• 5.4 小結(jié)58-59
• 第六章 微像素定位技術在星敏感器中的應用研究59-69
• 6.1 像素位置偏差標定算法及標定裝置60-63
• 6.1.1 像素位置偏差標定算法60-61
• 6.1.2 像素位置偏差標定裝置及測量誤差61-63
• 6.2 像素位置偏差對定位精度的影響63-67
• 6.2.1 星點像的仿真64
• 6.2.2 像素位置偏差的補償方法64
• 6.2.3 無噪聲條件下像素位置偏差對星點定位精度的影響64-66
• 6.2.4 有噪聲條件下不同像素位置偏差大小對星點定位精度的影響66-67
• 6.3 小結(jié)67-69
• 第七章 結(jié)論與展望69-71
• 參考文獻71-73
• 致謝73-75
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的論文與研究成果75

【參考文獻】

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本文編號：550270