面向微小衛(wèi)星的地球敏感器的設(shè)計和實現(xiàn).pdf

1、地球敏感器作為一種重要的姿態(tài)確定傳感器，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星等航天器的姿態(tài)控制系統(tǒng)中。衛(wèi)星向著微小型方向的發(fā)展，對地球敏感器的體積、質(zhì)量和功耗方面提出了進一步的要求。現(xiàn)有衛(wèi)星上采用的傳統(tǒng)地球敏感器主要基于光機掃描技術(shù)實現(xiàn)，存在體積大、功耗高、精度低的缺點，無法滿足微小衛(wèi)星對姿態(tài)敏感器的要求。
　　 針對現(xiàn)有地球敏感器的不足，本文提出了一種適合于微小衛(wèi)星姿態(tài)確定的地球敏感器設(shè)計方法。該敏感器主要基于紅外焦平面成像技術(shù)和全景環(huán)形成像

2、技術(shù)實現(xiàn)對地球姿態(tài)信息定位。這兩種技術(shù)都是靜態(tài)成像，無需活動掃描部件，故能實現(xiàn)小體積、輕質(zhì)量等優(yōu)點，采用紅外焦平面成像和全景環(huán)形成像交替用于衛(wèi)星的陰影區(qū)和光照區(qū)，由于全景環(huán)形成像的圖像質(zhì)量高，所需的功耗少，故這種成像方式能提高敏感器的整體定姿精度和減少整個地球敏感器的功耗。該敏感器還采用相同的后端硬件處理電路系統(tǒng)實現(xiàn)整個地球敏感器的姿態(tài)定位，從而使系統(tǒng)功耗得到進一步的降低。故該敏感器有體積小、質(zhì)量輕、功耗低的優(yōu)點。
　　 本文從

3、地球敏感器的原理出發(fā)，提出了包括光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、圖像傳感器及后端處理硬件電路設(shè)計在內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)計方案。本文采用紅外熱成像組件D780C實現(xiàn)焦平面紅外成像，采用浙江大學(xué)研制的全景環(huán)形鏡頭和CMOS圖像傳感器實現(xiàn)全景環(huán)形成像，然后著重介紹本文設(shè)計的地球敏感器后端數(shù)字信號處理電路的設(shè)計，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計。本文給出了兩套具體地硬件系統(tǒng)實現(xiàn)方案，一套用FPGA+DSP架構(gòu)實現(xiàn)，另外一套用具有視頻接口DSP實現(xiàn)。第一套方案地優(yōu)點在于靈活，但結(jié)

4、構(gòu)復(fù)雜。第二套方案主要優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，但靈活和通用性不大。本文的軟件系統(tǒng)設(shè)計包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計和地球敏感器姿態(tài)定位算法設(shè)計。軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計采用了實時操作系統(tǒng)DSP/BIOS多任務(wù)多線程實現(xiàn)。本文針對地球敏感器的設(shè)計原理，提出了一種姿態(tài)角定位計算的圖像處理算法。該算法具有較高的姿態(tài)角測量精度和較高的抗干擾性和可靠性，具有很強的實用性。
　　 為了對地球敏感器的測量精度進行標定，本文搭建了一套地球敏感器測試平臺。本文在分析地球敏感