發(fā)布時間：2017-08-07 06:24

  本文關鍵詞：高精度星敏感器若干關鍵技術研究

  更多相關文章： 星敏感器 高精度 卷簾曝光 質心細分 光學像差 光學設計

【摘要】：星敏感器以恒星為探測對象,實現(xiàn)慣性空間三軸姿態(tài)的高精度測量。隨著我國空間遙感測繪、航天偵察等高精尖空間技術的發(fā)展,以及在空間天文觀測的科學需求下,對甚高精度的慣性空間測量設備提出了迫切的需求。星敏感器能夠契合這種需求。在國外已經實現(xiàn)產品化的亞秒級高精度星敏感器背景下,開展高精度星敏感器的基礎研究,探索出適合我國國情的新技術、新路線及新方法具有實際意義。在秒級甚至亞秒級高精度星敏感器技術中,圖像傳感器技術對星敏感器精度的影響至關重要,而光學系統(tǒng)則是星敏感器產生低頻誤差的主要原因。本文開展高精度星敏感器的若干關鍵技術研究,主要包括大面陣APS圖像傳感器在新型曝光模式下的探測性能、噪聲特性、誤差機理及補償研究;研究光學像差對超精細亞像元質心細分精度的影響,以及甚高精度星敏感器光學系統(tǒng)的設計方法等。本文主要做了以下研究工作:1)闡述了星敏感器主要技術參數之間的內在邏輯與關聯(lián)性,包括焦距、視場與口徑,閾值星等及探測恒星數量的選擇,單星測量精度,積分時間與數據更新率,以及重量、尺寸與功耗等。分析了大面陣APS圖像傳感器的特點,研究了新型曝光模式下的探測能力、動態(tài)范圍,探測概率、探測視場以及閾值星等的選擇等。2)系統(tǒng)研究了基于卷簾曝光模式下影響星敏感器測量精度的各方面因素。分析并推導了探測器噪聲對精度的影響模型,研究了APS圖像探測器各種曝光模式引起的測量誤差;詳細分析了卷簾曝光模式對質心定位精度的影響機理,建模仿真分析了動態(tài)條件下對恒星位置精度的影響;修正了卷簾曝光模式下的質心細分算法模型,并給出了動態(tài)條件下的精度補償方法。3)研究了光學像差對超精細亞像元質心定位精度的影響機理。建模并分析了衍射受限光學系統(tǒng)PSF數學模型與理想高斯函數之間的差異,仿真分析了不同彌散斑尺寸及開窗尺寸下的質心定位精度的差異及分布規(guī)律;采用Zernike多項式表征像差,研究分析了初級像差對質心定位精度的影響及分布規(guī)律。4)研究了高精度星敏感器光學系統(tǒng)的設計方法。闡述了恒星色溫變化對測量精度的影響,建立了星敏感器光學系統(tǒng)設計波長及權重選擇模型;研究并提出了亞秒級星敏感器光學系統(tǒng)無熱化及消色差設計的新方法,提出新型光學系統(tǒng)結構型式,在此基礎上完成了光學系統(tǒng)設計及結果評價。5)以大面陣APS圖像傳感器為成像器件,構建了高精度星敏感器實驗系統(tǒng),進行了實驗室觀星實驗以及單星測量精度實驗,并對實驗結果進行了分析。
【關鍵詞】：星敏感器 高精度 卷簾曝光 質心細分 光學像差 光學設計
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V448.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-11
• 第1章 緒論11-28
• 1.1 課題研究背景及意義11-13
• 1.2 相關領域的研究現(xiàn)狀13-26
• 1.3 論文主要研究內容及章節(jié)安排26-28
• 第2章 大面陣APS星敏感器設計參數分析28-47
• 2.1 引言28
• 2.2 星敏感器設計模型28-29
• 2.3 星敏感器主要技術參數29-34
• 2.4 大面陣APS星敏感器性能分析34-45
• 2.5 小結45-47
• 第3章 基于卷簾曝光模式星敏感器誤差分析及補償方法47-73
• 3.1 引言47
• 3.2 APS圖像傳感器噪聲對測量精度的作用模型及數值仿真47-55
• 3.3 質心細分算法對測量精度的影響分析及數值仿真55-60
• 3.4 動態(tài)條件下卷簾曝光模式對測量精度的影響機理及補償算法60-70
• 3.5 小結70-73
• 第4章 光學像差對超精細亞像元質心細分定位精度的影響機理73-104
• 4.1 引言73
• 4.2 星敏感器光學系統(tǒng)數學模型73-78
• 4.3 衍射受限光學系統(tǒng)對質心定位精度的影響建模及分布規(guī)律78-82
• 4.4 光學系統(tǒng)像差對質心定位精度的影響建模及分布規(guī)律82-102
• 4.5 小結102-104
• 第5章 高精度星敏感器光學系統(tǒng)設計方法研究104-127
• 5.1 引言104
• 5.2 設計參數分析及設計方法研究104-115
• 5.3 亞秒級長焦距星敏感器光學系統(tǒng)設計115-125
• 5.4 小結125-127
• 第6章 星敏感器實驗及結果分析127-143
• 6.1 引言127
• 6.2 實驗系統(tǒng)搭建127-128
• 6.3 觀星實驗128-133
• 6.4 單星測量精度實驗及數據分析133-141
• 6.5 小結141-143
• 第7章 結論與展望143-147
• 7.1 結論143-145
• 7.2 研究展望145-147
• 參考文獻147-155
• 在學期間學術成果情況155-157
• 指導教師及作者簡介157-158
• 致謝158

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