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星敏感器测量模型及其在卫星姿态确定系统中的应用 被引量:50
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作者 刘一武 陈义庆 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期162-167,共6页
星敏感器是卫星高精度姿态测量的重要部件 ,如何正确建立其测量误差模型是影响姿态确定精度的关键因素。本文推导出星敏感器三轴姿态测量误差的方差计算公式 ,对测量误差的性质进行研究 ,揭示了在星敏感器三轴测量中 ,光轴测量精度劣于... 星敏感器是卫星高精度姿态测量的重要部件 ,如何正确建立其测量误差模型是影响姿态确定精度的关键因素。本文推导出星敏感器三轴姿态测量误差的方差计算公式 ,对测量误差的性质进行研究 ,揭示了在星敏感器三轴测量中 ,光轴测量精度劣于根据另两轴测量所确定的光轴指向精度。在此基础上提出了新的星敏感器测量模型 ,给出改进的姿态滤波器观测方程 ,减小了观测误差 ,由此可以进一步提高姿态确定的精度。本文方法不仅适用于通常使用的双星敏感器姿态确定系统 。 展开更多
关键词 星敏感器 卫星 测量模型 姿态测量 测量误差
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星敏感器技术研究现状及发展趋势 被引量:54
2
作者 刘垒 张路 +2 位作者 郑辛 余凯 葛升民 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2007年第z2期529-533,共5页
对国外星敏感器的研究现状和发展过程进行了综合分析,汇总比较了多种星敏感器的性能参数,特别介绍了CMOS APS器件的应用优势和APS星敏感器的发展现状。最后对星敏感器的发展趋势进行了简要阐述,认为星敏感器作为一种精确姿态测量装置,... 对国外星敏感器的研究现状和发展过程进行了综合分析,汇总比较了多种星敏感器的性能参数,特别介绍了CMOS APS器件的应用优势和APS星敏感器的发展现状。最后对星敏感器的发展趋势进行了简要阐述,认为星敏感器作为一种精确姿态测量装置,将在更多领域得到广泛应用。 展开更多
关键词 星敏感器 CCD CMOS APS
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高精度星敏感器天文标定方法及观测分析 被引量:52
3
作者 李春艳 李怀锋 孙才红 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期558-563,共6页
提出了一种利用天顶观测来进行星敏感器标定的新方法。将地球当作均匀转动的转台,由一较精确的时钟代替刻度盘,用相对地球静止的星敏感器对天顶邻域进行观测。把星点作为目标,让其匀速扫过视场,建立星点坐标和对应恒星像点坐标的数学模... 提出了一种利用天顶观测来进行星敏感器标定的新方法。将地球当作均匀转动的转台,由一较精确的时钟代替刻度盘,用相对地球静止的星敏感器对天顶邻域进行观测。把星点作为目标,让其匀速扫过视场,建立星点坐标和对应恒星像点坐标的数学模型,求出位置传递函数。此方法简单、方便,标定精度高。通过实际星空观测,对连续拍摄的2037幅星图进行标定计算,每幅星图的积分时间为80 ms。实际观测星在α与δ方向上的标定误差分别为7.267 2″和6.922 0″,系统总的标定误差为10.036 2″。利用标定结果对连续拍摄的星图进行识别,得到星敏感器光轴指向误差为4.846 2″,标定结果比较理想。 展开更多
关键词 星敏感器 标定 天顶观测 传递函数
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实时星场模拟器中的坐标变换 被引量:34
4
作者 许世文 龙夫年 +1 位作者 付苓 付志宇 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第5期118-120,共3页
星模拟器是一种在地面上模拟星空,以便对飞行器的姿态识别系统-星敏感器进行功能测试的实验装置.星模拟器必须根据卫星在轨的位置,实时生成对应部分的天空星图,这就有一个坐标变换的问题.证明了对恒星方位来说,从地心天文坐标系... 星模拟器是一种在地面上模拟星空,以便对飞行器的姿态识别系统-星敏感器进行功能测试的实验装置.星模拟器必须根据卫星在轨的位置,实时生成对应部分的天空星图,这就有一个坐标变换的问题.证明了对恒星方位来说,从地心天文坐标系到姿态坐标系的转换无需顾及坐标平移所带来的误差,即姿态坐标系可移至地心,只需考虑旋转变换.最后推导出实用的坐标变换公式。 展开更多
关键词 星模拟器 姿态控制 坐标变换 实时星场模拟器
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星点图像超精度亚像元细分定位算法的研究 被引量:37
5
作者 李玉峰 郝志航 《光学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期666-668,671,共4页
在CCD星敏感器中,星点图像质心定位的准确性影响星图识别的正确性,也决定了星敏感器测量的有效性。质心法是星点质心亚像元定位的传统方法,然而,它存在系统误差和随机误差。分析了误差产生的原因。在传统质心法的基础上提出了采用二元... 在CCD星敏感器中,星点图像质心定位的准确性影响星图识别的正确性,也决定了星敏感器测量的有效性。质心法是星点质心亚像元定位的传统方法,然而,它存在系统误差和随机误差。分析了误差产生的原因。在传统质心法的基础上提出了采用二元线性插值和自适应质心窗来改善信噪比,并对误差进行校正,实验证明了它比传统的质心法有更高的精度。 展开更多
关键词 星敏感器 亚像元定位 质心算法 二元线性插值
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星敏感器的星点定位方法研究 被引量:34
6
作者 李学夔 郝志航 +1 位作者 李杰 周国辉 《电子器件》 CAS 2004年第4期571-574,共4页
介绍了星敏感器的基本工作原理 ,分析了星图的特点 ,并结合星图的特点对星图阈值的确定和内插细分算法进行了研究 ,从理论和实践两个方面对星点定位算法进行了分析 ,最后确定了适合星图使用的星点定位方法。并用星敏感器对该定位方法进... 介绍了星敏感器的基本工作原理 ,分析了星图的特点 ,并结合星图的特点对星图阈值的确定和内插细分算法进行了研究 ,从理论和实践两个方面对星点定位算法进行了分析 ,最后确定了适合星图使用的星点定位方法。并用星敏感器对该定位方法进行了试验检验 。 展开更多
关键词 星敏感器 星图 定位算法 定位方法 内插 阈值 细分
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星敏感器标定方法的研究现状与发展趋势 被引量:38
7
作者 孙高飞 张国玉 +2 位作者 郑茹 杨孟飞 郝云彩 《长春理工大学学报(自然科学版)》 2010年第4期8-14,共7页
星敏感器作为一种高精度的空间姿态光学敏感器,在航天领域得到了广泛而深入的应用。随着我国航天事业的迅猛发展,提出了甚高姿态测量精度卫星的研制,其定位装置是通过星敏感器实现的。由此对于星敏感器自身标定的要求也越来越高。本文... 星敏感器作为一种高精度的空间姿态光学敏感器,在航天领域得到了广泛而深入的应用。随着我国航天事业的迅猛发展,提出了甚高姿态测量精度卫星的研制,其定位装置是通过星敏感器实现的。由此对于星敏感器自身标定的要求也越来越高。本文介绍了星敏感器的发展现状及其标定方法,标定方法包括地面标定和在轨标定。地面标定主要通过星模拟器等对星敏感器做标定和功能检测,而在轨标定则通过算法仿真及等实施。详细介绍了当今具有代表性的高精度星敏感器地面标定的方法和设备,提出各种方法并比较其优劣。最后针对标定技术存在的主要问题,分析了高精度星模拟器的发展方向,给出可能解决的方法和途径。 展开更多
关键词 星敏感器 地面标定 在轨标定 星模拟器
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星敏感器标定方法研究 被引量:38
8
作者 钟红军 杨孟飞 卢欣 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1343-1348,共6页
星敏感器标定是对其内部各种参数的估计,能有效减小星敏感器的系统误差,提高其姿态输出精度。根据待定系数标定和内部参数标定参数的不同,建立了星敏感器标定参数模型。并针对不同标定模型,分别介绍了各种标定参数的地面标定方法和计算... 星敏感器标定是对其内部各种参数的估计,能有效减小星敏感器的系统误差,提高其姿态输出精度。根据待定系数标定和内部参数标定参数的不同,建立了星敏感器标定参数模型。并针对不同标定模型,分别介绍了各种标定参数的地面标定方法和计算方法。在分析现有在轨标定方法、比较在轨标定和地面标定的差别的基础上,重点分析了星敏感器焦距和主点等内部参数的在轨标定方法,采用扩展卡尔曼滤波对在轨星图进行处理。仿真结果表明,焦距和主点估计值的扩展卡尔曼方法较最小二乘估计法,其收敛速度快、稳定性好且精度高,在5000幅星图后输出即可稳定,可有效去除星点随机误差影响,提高标定精度。 展开更多
关键词 光学器件 星敏感器 标定 模型
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CCD噪声对星敏感器星点定位精度的影响 被引量:29
9
作者 张辉 袁家虎 刘恩海 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2006年第5期629-633,642,共6页
星点测量精度是表征星敏感器精度的一个重要指标,影响该精度的主要因素有:光学系统误差、图像传感器的噪声、电路噪声及软件算法等。图像传感器的噪声对星点定位精度的影响是不容忽视的,但很少对此进行研究。针对某给定参数的星敏感器,... 星点测量精度是表征星敏感器精度的一个重要指标,影响该精度的主要因素有:光学系统误差、图像传感器的噪声、电路噪声及软件算法等。图像传感器的噪声对星点定位精度的影响是不容忽视的,但很少对此进行研究。针对某给定参数的星敏感器,对TH7890M CCD图像传感器的各项噪声进行了定量计算;基于亚像素细分质心算法,针对各噪声的分布特点及规律,分别推导出各自的均方根误差,综合各项误差得到CCD噪声的星点定位精度模型。计算结果表明TH7890M CCD的主要噪声有读出噪声、光子散粒噪声和光响应不均匀性引起的随机噪声;影响星敏感器星点定位精度的主要噪声是读出噪声和光子散粒噪声;对6等星进行星点位置的估计,CCD噪声达到了1/40像素的精度水平。 展开更多
关键词 星敏感器 精度 噪声 TH7890M
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适用于星敏感器的星图识别方法 被引量:26
10
作者 陈元枝 郝志航 《光电工程》 CAS CSCD 2000年第5期5-10,共6页
采用星敏感器测卫星姿态是现行方法中精度最高的 ,其关键是星图识别。阐述了只采用观测星的位置信息 ,利用观测星图与导航星表的星对角距进行聚类匹配 ,根据观测星图的连通性进行匹配识别的方法 ;用图论理论解释了星识别过程 ;介绍了导... 采用星敏感器测卫星姿态是现行方法中精度最高的 ,其关键是星图识别。阐述了只采用观测星的位置信息 ,利用观测星图与导航星表的星对角距进行聚类匹配 ,根据观测星图的连通性进行匹配识别的方法 ;用图论理论解释了星识别过程 ;介绍了导航星的选取规则、导航星库的存储内容及采用球矩阵存储和读取导航星库的方法 ;用 1 2 0 MHz主频的微机模拟分析了门限和位置噪声对识别及识别时间的影响。在门限取 0 .0 5°,位置噪声 (单轴 )δ=0 .0 2°以下时 ,在任一区域的识别率达 1 0 0 % ,识别时间平均少于 0 .2 s。 展开更多
关键词 星敏感器 星体识别 导航星库 卫星姿态 星图识别
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一种改进的三角形星图识别方法 被引量:30
11
作者 张广军 魏新国 江洁 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期1150-1154,共5页
首先提出在直角坐标系下将天球球面均匀地分成486个分区的方法——“内接正方体法”,实现导航星的快速检索。然后按照星对角距的大小升序排列,直接存储星对角距,并通过设置星对角距状态标识,完成星对角距的快速匹配搜索。最后,引入验证... 首先提出在直角坐标系下将天球球面均匀地分成486个分区的方法——“内接正方体法”,实现导航星的快速检索。然后按照星对角距的大小升序排列,直接存储星对角距,并通过设置星对角距状态标识,完成星对角距的快速匹配搜索。最后,引入验证识别环节有效地解决观测三角形与匹配的导航三角形产生的冗余问题。仿真实验表明,改进的三角形星图识别方法对星点位置噪声和星等(亮度)噪声均具有较强的抗干扰能力,且在识别时间和存储空间的需求方面均比传统的三角形算法也具有较大的优势。 展开更多
关键词 星敏感器 星图识别 星对角距 三角形匹配 状态标识
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宽视场大相对孔径星敏感器光学系统设计 被引量:29
12
作者 王虎 苗兴华 +1 位作者 汶德胜 李英才 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第12期1822-1824,共3页
介绍了一种用于卫星姿态控制的星敏感器光学系统,该光学系统焦距为51mm,相对孔径为1/1.1,视场角为21°×21°(圆视场2ω=30°),光谱范围为0.5~0.85μm,采用了复杂化双高斯结构.与普通成像系统不同的是,该系统要求对不... 介绍了一种用于卫星姿态控制的星敏感器光学系统,该光学系统焦距为51mm,相对孔径为1/1.1,视场角为21°×21°(圆视场2ω=30°),光谱范围为0.5~0.85μm,采用了复杂化双高斯结构.与普通成像系统不同的是,该系统要求对不同光谱的恒星所采集到的点像能量中心是一致的,且星像点像的弥散圆须控制在一定的范围内.具有倍率色差小、轴上和轴外能量分布比较一致的特点. 展开更多
关键词 星敏感器 光学设计 倍率色差
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三角形星图识别算法的改进 被引量:31
13
作者 张磊 何昕 +2 位作者 魏仲慧 刘岩俊 郭敬明 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期458-463,共6页
三角形识别算法是采用星敏感器为导航部件所广泛运用的星图识别算法。但由于三角形特征维数较低,容易造成冗余匹配和错误识别。为了提高三角形识别算法的识别成功率,对三角形识别算法的识别过程做了改进。先将满足三边判决门限的导航星... 三角形识别算法是采用星敏感器为导航部件所广泛运用的星图识别算法。但由于三角形特征维数较低,容易造成冗余匹配和错误识别。为了提高三角形识别算法的识别成功率,对三角形识别算法的识别过程做了改进。先将满足三边判决门限的导航星对记录到匹配数组,然后对导航星出现的次数进行计数;利用三角形三边之间两两相交的相关性,将导航星出现次数<2的星对作为整体剔除,最后在余下的导航星对中寻找与观测三角形同构的三角形。识别过程中,以星对角距和相对星等差为识别特征,并对识别特征构造了散列函数,从而减少了识别过程中特征量比较的次数,提高了识别速度,增加了识别成功率。同时,也减小了内部导航星库的存储容量。 展开更多
关键词 星敏感器 三角形识别算法 星对角距 相对星等差 散列查找
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甚高精度星模拟器设计 被引量:31
14
作者 孙高飞 张国玉 +2 位作者 姜会林 郝云彩 高玉军 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1730-1735,共6页
研制了一套星间角距精度优于0.2″的甚高精度星模拟器系统对深空光学导航敏感器进行地面标定和精度测试。采用高精度大口径静态可变目标标准源作为甚高精度星模拟器的核心显示器件模拟星图,同时研制了一种单点可控星图模拟矩阵式LED照... 研制了一套星间角距精度优于0.2″的甚高精度星模拟器系统对深空光学导航敏感器进行地面标定和精度测试。采用高精度大口径静态可变目标标准源作为甚高精度星模拟器的核心显示器件模拟星图,同时研制了一种单点可控星图模拟矩阵式LED照明系统为其提供光源,并设计了长焦距大视场投影光学系统使模拟星图成平行光出射,在光学系统出瞳处产生星图,从而完成小天体全视场甚高精度星图的模拟。最后,提出甚高精度星光出射精度的检验方法,理论分析其测量精度为0.14″。结果表明该模拟器可用于对光学导航敏感器的地面标定和精度测试。 展开更多
关键词 星模拟器 地面标定 星敏感器 星光出射精度
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一种CCD星图星点快速定位算法 被引量:29
15
作者 王兆魁 张育林 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第3期209-214,共6页
大尺寸CCD星图快速处理是制约天基光学观测器件性能的关键因素之一,在星敏感器、空间监视载荷等研制中具有重要意义.通过对CCD星图图像特点的分析,提出了以最大概率实现背景噪声滤除的星图预处理准则;在此基础上,提出了通过两次投影检... 大尺寸CCD星图快速处理是制约天基光学观测器件性能的关键因素之一,在星敏感器、空间监视载荷等研制中具有重要意义.通过对CCD星图图像特点的分析,提出了以最大概率实现背景噪声滤除的星图预处理准则;在此基础上,提出了通过两次投影检测实现星点位置测量的算法.与传统方法相比,该算法实现简单,节约了计算量和存储量.对分辨率为2048×2048的CCD实拍星图的实验研究表明了该算法的有效性. 展开更多
关键词 图像处理 星图 星敏感器 空间监视
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电路噪声对星敏感器星点定位精度的影响 被引量:27
16
作者 张辉 钟建勇 +1 位作者 袁家虎 刘恩海 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期1052-1056,共5页
提出了一种测量星敏感器电路模块带来的图像噪声的方法。在实验室条件下,用星敏感器拍摄多幅背景图像,分析表明:不同背景图像上相同像素的灰度差值代表了电路模块带来的图像噪声,该噪声服从正态分布。模拟产生该正态分布的随机矩阵作为... 提出了一种测量星敏感器电路模块带来的图像噪声的方法。在实验室条件下,用星敏感器拍摄多幅背景图像,分析表明:不同背景图像上相同像素的灰度差值代表了电路模块带来的图像噪声,该噪声服从正态分布。模拟产生该正态分布的随机矩阵作为图像噪声加到理想的星点上,采用亚像素细分质心算法计算出带噪声的星点质心坐标,从而得到噪声带来的星点位置偏差。计算结果表明:实验室条件下,星敏感器实测6等星的质心测量精度为1/25 Pixel,而电路噪声将引起1/200 Pixel量级的标准偏差;电路噪声,尤其是DC/DC电源纹波噪声对星敏感器星点定位带来的误差是不容忽视的。 展开更多
关键词 星敏感器 精度 电路噪声 DC/DC转换器
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基于CMOS APS的星敏感器光学系统参数确定 被引量:25
17
作者 董瑛 邢飞 尤政 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期663-668,共6页
基于CMOSAPS图象传感器的星敏感器是适应航天技术的发展而产生的新一代姿态敏感器。确定光斑形状和大小、光学系统有效通光孔径、视场和焦距等参数是进行星敏感器光学设计的前提。本文基于选定的CMOSAPS图象传感器分别对这些参数进行了... 基于CMOSAPS图象传感器的星敏感器是适应航天技术的发展而产生的新一代姿态敏感器。确定光斑形状和大小、光学系统有效通光孔径、视场和焦距等参数是进行星敏感器光学设计的前提。本文基于选定的CMOSAPS图象传感器分别对这些参数进行了分析和计算。确定光斑形状和大小的依据是,减小由于探测器像元对光斑能量分布的采样导致点扩散函数变形,从而引起的利用亚像元技术求星像中心的计算误差。光学系统的有效通光孔径与星敏感器所能探测到的极限星等有关,通过从目标辐射特性直到探测器响应的能量计算可以确定孔径的大小。确定视场和焦距首先要满足星敏感器实现全天自主星图识别所需的导航星捕获概率,其次要考虑与之相关的误差。 展开更多
关键词 星敏感器 CMOS-APS图象传感器 亚像元技术 导航星
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星敏感器模型参数分析与校准方法研究 被引量:21
18
作者 郝雪涛 张广军 江洁 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期5-8,共4页
以星内角统计偏差为校准精度评价指标,分析了高解析度面阵 CMOS 星敏感器模型中主要参数,得出焦距对精度影响最大,畸变次之,主点位置影响最小。由此提出了一种星敏感器校准方案,利用高精度 2 维轴向转台和单星星光模拟器采集数据,采用... 以星内角统计偏差为校准精度评价指标,分析了高解析度面阵 CMOS 星敏感器模型中主要参数,得出焦距对精度影响最大,畸变次之,主点位置影响最小。由此提出了一种星敏感器校准方案,利用高精度 2 维轴向转台和单星星光模拟器采集数据,采用最小二乘参数估计算法计算主点焦距偏差,并且用 10 参数的二维多项式基函数拟合焦平面畸变。仿真结果表明在 0.03 像素误差的噪声水平下该方案能够达到 1″精度,可以满足现代空间飞行器的高精度姿态测量要求。 展开更多
关键词 星敏感器 几何校准 最小二乘算法 焦平面畸变
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天文导航中的星敏感器技术 被引量:23
19
作者 李葆华 刘国良 +1 位作者 刘睿 王常虹 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期1615-1620,共6页
由于星敏感器仅仅工作在全天球的识别模式下远不能满足当前飞行器任务的需要,提出了当星敏感器有足够的先验信息情况下,可在星跟踪模式或者预测星像模式下工作,来提高星敏感器的数据更新率,降低由全天球识别带来误匹配的可能性。本文提... 由于星敏感器仅仅工作在全天球的识别模式下远不能满足当前飞行器任务的需要,提出了当星敏感器有足够的先验信息情况下,可在星跟踪模式或者预测星像模式下工作,来提高星敏感器的数据更新率,降低由全天球识别带来误匹配的可能性。本文提出了一种新的星跟踪算法来克服飞行器在大角速度飞行情况下传统星跟踪算法处理时间过长等不足;为了消除由于系统噪声带来的误差,还提出了星图滤波和星像滤波的方法。实验结果表明,当飞行器在2.25°/s的角速度下飞行时,星敏感器能在10pixel×10pixel的范围内从星图中正确提取星像,星图经去噪后,星敏感器输出精度提高了近5″,从而使星敏器可在飞行器高动态飞行情况下实现高精度、高更新率的姿态输出。文中描述的所有方法已在2007年和2008年进行了地面观星测试,并于2009年即将应用于某些卫星的姿控系统中。 展开更多
关键词 天文导航 星敏感器 星跟踪算法 星像预测
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高精度星图模拟及有效性验证新方法 被引量:19
20
作者 全伟 房建成 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第7期22-26,共5页
为在地面上进行星图模拟以测试星图识别算法和星敏感器性能,提出了一种新的高精度星图模拟方法。该方法利用截面圆和固定区域的性质,根据赤纬值求解赤经跨度来确定选星条件;将选出的导航星通过构建理想星敏感器模型,来求解它们在CCD面... 为在地面上进行星图模拟以测试星图识别算法和星敏感器性能,提出了一种新的高精度星图模拟方法。该方法利用截面圆和固定区域的性质,根据赤纬值求解赤经跨度来确定选星条件;将选出的导航星通过构建理想星敏感器模型,来求解它们在CCD面阵上的精确位置;根据位置信息,采用TFT液晶光阀,以实现高质量的星图模拟;利用星间角距和投影原理的性质来验证星图模拟的有效性。仿真实验结果表明,与现有星图模拟方法相比,此方法选星速度快,模拟实时性好,准确率达到98.8742%,位置精度达到1/50个像素。 展开更多
关键词 星敏感器 星图模拟 坐标变换
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