CCD星敏感器關鍵技術的研究.pdf

1、星敏感器是目前精度最高且技術最先進的姿態(tài)敏感設備。它具有的高精度、高靈敏度、無姿態(tài)累積誤差等優(yōu)點使其成為目前最受關注的姿態(tài)敏感器。本文基于實際的星敏感器研制項目,對星敏感器的CCD(Charge Couple Device)時序驅動、星點坐標提取、姿態(tài)計算幾方面的關鍵技術展開了相關研究。主要完成工作如下:
　　給出了星敏感器電路部分的設計方案,分為光電轉換單元、時序驅動單元、圖像信號處理單元、電源單元四個單元。
　　CCD時

2、序驅動的設計。準確且配合適當的時序驅動信號是CCD能否成功傳出圖像的關鍵。時序驅動可分為水平寄存器移位時序驅動和垂直寄存器移位驅動兩個部分。采用復雜可編程邏輯器件結合硬件描述語言的方法實現。利用Binning的技術手段增強圖像信號的信噪比。利用有限狀態(tài)機的思想生成合適的CCD時序驅動信號。經仿真與拍攝驗證,設計產生的驅動信號能夠正確驅動CCD進行圖像拍攝,效果良好,實現了圖像拍攝與傳輸的預定目標。
　　星點坐標提取的實現。高精度星

3、點提取是快速星圖識別與高精度姿態(tài)計算的基礎。本文結合傳統(tǒng)星點提取算法與星圖特點提出一種改進星點坐標定位方法。該方法以自適應閾值為求取手段,在求取過程中消除恒星對背景閾值的影響,使其更準確、更接近真實背景閾值。利用仿真實驗對該算法與兩種算法比較。實驗證實該方法具有計算量小、精度高等優(yōu)點,且便于在星敏感器中實現。
　　姿態(tài)算法的相關研究。姿態(tài)計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,對幾種通用算法:Triad、Q

4、-、Quest方法進行了理論推導,以一個算例對它們進行比較,得出效果最優(yōu)的靜態(tài)算法。動態(tài)估計算法方面,將預測卡爾曼濾波算法引入星敏感器的姿態(tài)估計,該方法以卡爾曼濾波傳播姿態(tài),以預測濾波方法預測動力學模型誤差。通過仿真驗證了該算法相對擴展卡爾曼濾波的精度、收斂速度及動力學模型誤差容許性方面的優(yōu)良性。對權重矩陣的選取做了理論分析及仿真判定,給出了權重矩陣的限定條件。
　　星敏感器精度的分析,給出了精度限制因素及各種誤差源,推導了總誤差