星敏感器地面标定设备的设计

高精度星敏感器结构设计与标定林为才【摘要】Star sensor is a high precision attitude measurement instrument. Structure design and precision calibration method of high-accuracy star sensor is discussed in this paper. The measure errors of optical system can be decreased by using design of big visual angle and relative diameter lightly optical system. Design methods of specular baffle and focus plane assembly are introduced. The precision calibration method of star sensor is presented. The system errors can be diminished as far as possibly by this way. The sensor is calibrated and tested by leica theodolites. It is testified that the precision of star sensor is met,which the precision of single star is less than 3 second.%星敏感器是一种高精度的姿态敏感测量仪器。

研究了星敏感器的结构设计和精度标定方法，通过大视场、大相对孔径的轻小型光学系统的设计，减小光学系统的测量误差；介绍了星敏感器的遮光罩和焦平面组件的设计方法，给出了星敏感器的精度标定方法，利用该方法来最大限度地减小系统误差。

APS（Active Pixel Sensor）CMOS 星敏感器是一种采用CMOS 技术制造的数字成像设备，用于捕捉和处理星体图像。

其工作原理主要是通过检测星体图像的特征，用于航天器姿态控制和导航。

以下是APS CMOS 星敏感器系统的基本原理及实现方法：
1. 系统原理
APS CMOS 星敏感器基于主动像素传感技术，每个像素都具有独立的光电转换和信号读取功能。

在成像过程中，光子撞击像素单元，将其转化为电信号。

信号读取电路将电信号转换为数字信号，并按照预定的格式输出。

2. 星敏感器核心组件
（1）CMOS 图像传感器：作为星敏感器的核心元件，CMOS 图像传感器将光信号转换为电信号。

常见的CMOS 图像传感器类型包括APS、BSI（Back-Side Illuminated）等。

（2）信号处理电路：对CMOS 图像传感器输出的电信号进行放大、滤波、模数转换等处理，得到数字化的星体图像。

（3）星体识别算法：通过分析星体图像的特征，例如星点的形状、亮度等，实现星体的识别和定位。

（4）姿态解算模块：根据星体的识别结果，结合预先存储的星表数据，计算航天器的姿态信息。

3. 实现方法
（1）硬件实现：设计并制造具有高性能的CMOS 图像传感器，提高星敏感器的灵敏度和信噪比。

（2）软件实现：开发星体识别算法和姿态解算模块，实现对星体图像的实时处理。

（3）系统集成：将CMOS 星敏感器、信号处理电路、星体识别算法等组件集成到一个紧凑的系统中，便于安装和使用。

（4）标定与优化：针对不同的应用场景，对星敏感器进行标定和优化，提高系统性能。

第37卷，增刊红外与激光工程2008年6月V ol.37SupplementInfrared and Laser EngineeringJun.2008收稿日期：2008-04-10作者简介：赵剑()，陕西三原人，硕士生，主要从事信号发生与信号检测研究。

z j 55@6新型的红外地球敏感器地面测试标定方法赵剑1，撒潮1，赵建辉2，李帆2（1.北京林业大学工学院，北京100083；2.北京航空航天大学仪器与光电学院，北京100083）摘要：红外地球敏感器的地面测试标定工作在红外地球敏感器的研制周期中具有特别重要的作用。

为了缩短红外地球敏感器的研制周期，提高其测试标定的精度，提出了一种新型的红外地球敏感器地面测试标定的方法，并研制了一套能够应用于红外地球敏感器地面测试标定系统的新型设备。

该新型设备利用电地球信号源模拟红外地球敏感器探测感应到的真实的太空红外辐射，通过电检测装置和数据采集处理系统完成了红外地球敏感器地面测试与标定工作。

测试结果表明所提出的方法和研制的设备能够完成红外地球敏感器的地面测试标定并能提高测试精度和效率。

关键词：红外地球敏感器；地面测试；电地球信号源；电性能检测设备中图分类号：TN927.2文献标识码：A文章编号：1007-2276(2008)增(红外)-0536-03New method of ground testing and calibration for infrared earth sensorZHAO Jian 1,SA Chao 1,ZHAO Jian-hui 2,LI Fan 2(1.School of Engineering,Beijing Fores try Univers i ty,Beiji ng 100083,China;2.School of Ins trumentat ion Science &Opto-electronics Engineering,Beiji ng University of Aeronauti cs and Astronaut ics,Beijing 100083,China)Abstr act:Ground of testing and calibration for infrared earth sensor is very important during the R&D process of infrared Earth sensor.In order to shorten the development cycle of infrared Earth sensor and improve the precision of testing,a new method of ground testing and calibration for infrared Earth sensor is proposed,and the new equipment which can apply to the system of ground testing and calibration is designed.The equipment used electrical signal source of earth-wave to simulate real infrared radiation,and achieved ground signal of testing and calibration for infrared earth sensor by using the electrical detector equipm ent and the data system of acquisition and process.The testing results show that the method and equipm ent can achieve the ground of testing and calibration and im prove the test of precision and efficiency.Key wor ds:Infrared Earth sensor;Ground testing;Electrical signal source of earth-wave;Electrical detector equipment0引言红外地球敏感器是卫星姿态测量的关键部件之一，用于测量卫星相对地球的姿态信息[1]。

专利名称：星敏感器标定设备
专利类型：实用新型专利
发明人：李春艳,王京海,张丽华,卢欣,范生宏,范钦红申请号：CN201020541385.X
申请日：20100926
公开号：CN201803731U
公开日：
20110420
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及星敏感器标定设备，有效用于精确的标定相机内参数、立方镜与相机之间的关系，克服星敏感器综合标定精度低、标定速度慢、操作麻烦的问题，其解决的技术方案是，包括标定系统支撑脚架和装在其上的标定框架平板，标定框架平板呈方形，四角有对称的公共点坐标转换装置，在平板的正面均置有公共点转换靶标支架，公共点转换靶标支架上装有靶标，标定系统支撑脚架经标定框架移动装置装在标定框架平板的背面上，本实用新型结构简单，新颖独特，易操作使用，有效用于精确的标定相机内参数、立方镜与相机之间的关系，使星敏感器综合标定精度高、标定速度快，特别是满足了在不移动相机的前提下，完成高精度星敏相机的标定。

申请人：郑州辰维科技股份有限公司
地址：450001 河南省郑州市高新技术产业开发区冬青街7号国家科技园A2座12层
国籍：CN
代理机构：郑州天阳专利事务所(普通合伙)
代理人：聂孟民
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