本文關(guān)鍵詞：微小型化星敏感器的關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

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【摘要】：星敏感器是航天飛行器中一個非常重要的姿態(tài)測量及控制方面的傳感系統(tǒng)。由于使用CCD作為傳感器的星敏感器技術(shù)仍舊存在著一些問題有待解決,于是使得以APS(active pixel sensor有源像元傳感器)作為能夠代替CCD傳感器的星敏感器技術(shù),成為了很長時間以來最新的研究熱點。APS星敏感器具有集成度高、硬件電路簡單等優(yōu)點。對于星敏感器來說,正是基于這些特點讓其十分有利于空間應(yīng)用及研究。近些年來,隨著微小型衛(wèi)星的不斷發(fā)展,使得星敏感器的需求也呈現(xiàn)出了微小型化的趨勢。本文在滿足微小型化及其性能指標的前提下,全部使用國產(chǎn)化的芯片,最大限度保障星敏感器的國產(chǎn)化研制。論文主要以研制一臺國產(chǎn)化微小型化星敏感器作為切入點,研究其參數(shù)的設(shè)計、系統(tǒng)的構(gòu)建、使用性能等關(guān)鍵技術(shù)問題,最后進行拍攝仿真。本文主要進行了以下研究工作:1.根據(jù)某國產(chǎn)CMOS APS傳感器芯片及CPU芯片進行星敏感器微小型化設(shè)計,確定了光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù),完成硬件系統(tǒng)的搭配。2.對APS圖像傳感器的原理進行分析,完成星敏感器質(zhì)心定位,星圖匹配,姿態(tài)解算等軟件算法。3.在現(xiàn)有星敏感器軟件算法的基礎(chǔ)上,進行降噪算法設(shè)計。對軟件功能進行完善,設(shè)計人機通信上位機軟件并仿真。4.研制一套星敏感器系統(tǒng)并進行測試。
【關(guān)鍵詞】：星敏感器 APS 國產(chǎn)化 微小型化
【學(xué)位授予單位】：中國航天科技集團公司第一研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V448.22;TP212
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 緒論7-13
• 1.1 星敏感器簡介7-9
• 1.2 星敏感器技術(shù)的發(fā)展9-11
• 1.3 CMOS APS星敏感器11-12
• 1.4 論文主要內(nèi)容12-13
• 2 星敏感器原理13-19
• 2.1 星敏感器基本組成及工作原理13-14
• 2.2 星光導(dǎo)航基礎(chǔ)14-18
• 2.2.1 天球坐標系14
• 2.2.2 星敏感器中的坐標系14
• 2.2.3 坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系14-15
• 2.2.4 常用星表15-17
• 2.2.5 星等與光譜17-18
• 2.3 本章小結(jié)18-19
• 3 APS星敏感器光學(xué)系統(tǒng)方案19-29
• 3.1 圖像傳感器參數(shù)19
• 3.2 光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)確定19-28
• 3.2.1 光學(xué)系統(tǒng)的主要參數(shù)19-23
• 3.2.2 中心波長和光譜響應(yīng)曲線23
• 3.2.3 視場角的確定23-24
• 3.2.4 焦距的確定24
• 3.2.5 彌散斑尺寸的確定24
• 3.2.6 相對孔徑的確定24-25
• 3.2.7 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計25-28
• 3.3 本章小結(jié)28-29
• 4 APS星敏感器硬件方案29-40
• 4.1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計29-31
• 4.2 CMOS APS傳感器31-35
• 4.2.1 CMOS APS傳感器分析31-33
• 4.2.2 APS器件噪聲分析33-35
• 4.3 FPGA時序驅(qū)動模塊35-37
• 4.4 信號處理方案37-38
• 4.5 硬件原理圖38-39
• 4.6 本章小結(jié)39-40
• 5 APS星敏感器軟件方案40-54
• 5.1 建立導(dǎo)航星庫40-42
• 5.2 星圖預(yù)處理42-48
• 5.2.1 閾值法背景分離42-43
• 5.2.2 平均值去噪43-47
• 5.2.3 改進型質(zhì)心法47-48
• 5.3 星圖匹配48-50
• 5.4 姿態(tài)解算50-53
• 5.4.1 四元數(shù)表示姿態(tài)的算法50-51
• 5.4.2 Quest方法51-52
• 5.4.3 歐拉角表示姿態(tài)的算法52-53
• 5.5 本章小結(jié)53-54
• 6 實驗及仿真54-68
• 6.1 上位機設(shè)計54-60
• 6.1.1 嵌入式軟件工作流程54-55
• 6.1.2 上位機設(shè)計原理概述55
• 6.1.3 上位機設(shè)計界面55-56
• 6.1.4 上位機功能介紹56-57
• 6.1.5 算法驗證57-60
• 6.2 整機拍攝測試實驗60-67
• 6.3 后續(xù)實驗仿真67
• 6.4 本章小結(jié)67-68
• 7 總結(jié)及展望68-69
• 總結(jié)68
• 總結(jié)成果及不足68-69
• 參考文獻69-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況71-72
• 致謝72-74

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