CCD星敏感器關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、星敏感器是目前精度最高且技術(shù)最先進(jìn)的姿態(tài)敏感設(shè)備。它具有的高精度、高靈敏度、無(wú)姿態(tài)累積誤差等優(yōu)點(diǎn)使其成為目前最受關(guān)注的姿態(tài)敏感器。本文基于實(shí)際的星敏感器研制項(xiàng)目,對(duì)星敏感器的CCD(Charge Couple Device)時(shí)序驅(qū)動(dòng)、星點(diǎn)坐標(biāo)提取、姿態(tài)計(jì)算幾方面的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)了相關(guān)研究。主要完成工作如下:
　　給出了星敏感器電路部分的設(shè)計(jì)方案,分為光電轉(zhuǎn)換單元、時(shí)序驅(qū)動(dòng)單元、圖像信號(hào)處理單元、電源單元四個(gè)單元。
　　CCD時(shí)

2、序驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)。準(zhǔn)確且配合適當(dāng)?shù)臅r(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)是CCD能否成功傳出圖像的關(guān)鍵。時(shí)序驅(qū)動(dòng)可分為水平寄存器移位時(shí)序驅(qū)動(dòng)和垂直寄存器移位驅(qū)動(dòng)兩個(gè)部分。采用復(fù)雜可編程邏輯器件結(jié)合硬件描述語(yǔ)言的方法實(shí)現(xiàn)。利用Binning的技術(shù)手段增強(qiáng)圖像信號(hào)的信噪比。利用有限狀態(tài)機(jī)的思想生成合適的CCD時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)。經(jīng)仿真與拍攝驗(yàn)證,設(shè)計(jì)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)能夠正確驅(qū)動(dòng)CCD進(jìn)行圖像拍攝,效果良好,實(shí)現(xiàn)了圖像拍攝與傳輸?shù)念A(yù)定目標(biāo)。
　　星點(diǎn)坐標(biāo)提取的實(shí)現(xiàn)。高精度星

3、點(diǎn)提取是快速星圖識(shí)別與高精度姿態(tài)計(jì)算的基礎(chǔ)。本文結(jié)合傳統(tǒng)星點(diǎn)提取算法與星圖特點(diǎn)提出一種改進(jìn)星點(diǎn)坐標(biāo)定位方法。該方法以自適應(yīng)閾值為求取手段,在求取過(guò)程中消除恒星對(duì)背景閾值的影響,使其更準(zhǔn)確、更接近真實(shí)背景閾值。利用仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)該算法與兩種算法比較。實(shí)驗(yàn)證實(shí)該方法具有計(jì)算量小、精度高等優(yōu)點(diǎn),且便于在星敏感器中實(shí)現(xiàn)。
　　姿態(tài)算法的相關(guān)研究。姿態(tài)計(jì)算直接影響著星敏感器輸出姿態(tài)精度及更新速率。靜態(tài)姿態(tài)確定方面,對(duì)幾種通用算法:Triad、Q

4、-、Quest方法進(jìn)行了理論推導(dǎo),以一個(gè)算例對(duì)它們進(jìn)行比較,得出效果最優(yōu)的靜態(tài)算法。動(dòng)態(tài)估計(jì)算法方面,將預(yù)測(cè)卡爾曼濾波算法引入星敏感器的姿態(tài)估計(jì),該方法以卡爾曼濾波傳播姿態(tài),以預(yù)測(cè)濾波方法預(yù)測(cè)動(dòng)力學(xué)模型誤差。通過(guò)仿真驗(yàn)證了該算法相對(duì)擴(kuò)展卡爾曼濾波的精度、收斂速度及動(dòng)力學(xué)模型誤差容許性方面的優(yōu)良性。對(duì)權(quán)重矩陣的選取做了理論分析及仿真判定,給出了權(quán)重矩陣的限定條件。
　　星敏感器精度的分析,給出了精度限制因素及各種誤差源,推導(dǎo)了總誤差