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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。
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基于CMOS APS的星敏感器光学系统参数确定
董瑛;邢飞;尤政
【期刊名称】《宇航学报》
【年(卷),期】2004(025)006
【摘要】基于CMOS APS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CMOS APS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.
【总页数】6页(P663-668)
【作者】董瑛;邢飞;尤政
【作者单位】清华大学,精密仪器与机械学系,北京,100084;清华大学,精密仪器与机械学系,北京,100084;清华大学,精密仪器与机械学系,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】V448.22
【相关文献】
1.星敏感器光学系统参数的确定 [J], 黄欣
2.基于CMOS APS的星敏感器光学系统结构设计与优化 [J], 何灵娜;崔维鑫;裴云天
3.基于CMOS APS高精度太阳敏感器 [J], 朱鸿泰;孙胜利;陈桂林
4.基于CMOS APS的星敏感器技术发展研究 [J], 许苏晓;肖靖
5.CMOS APS器件及其在星敏感器中的应用 [J], 李杰;刘金国;刘亚侠;郝志航因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种星敏感器主点和焦距的加权在轨标定方法聂沛文;刘恩海;王万平;田宏【摘要】星敏感器作为卫星姿态测量装置,其在轨服役过程中,主点和焦距的标定精度是影响其姿态输出精度的主要因素.针对标定过程中含有随机测量噪声偏大的星像点,导致星敏感器主点和焦距的标定结果产生较大偏差的问题,提出了一种星敏感器主点和焦距的加权在轨标定方法.该方法首先建立了星敏感器在轨标定模型,然后引入合理的标定权值,加入到最小二乘估计主点和焦距的过程中,寻找并剔除随机测量噪声偏大的星点,最后将加权估计出的结果作为测量,采用扩展卡尔曼滤波对星图进行处理.仿真结果表明,在星点位置存在较大误差的情况下,该方法能剔除随机测量噪声偏大的坏点.星内角距统计偏差约为传统方法的1/10,与真值相比标定参数精度分别为0.219 9像素、0.148 7像素、3.38 μm.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】5页(P827-831)【关键词】星敏感器;在轨标定;加权;最小二乘估计;卡尔曼滤波【作者】聂沛文;刘恩海;王万平;田宏【作者单位】中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院大学,北京100190;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209【正文语种】中文【中图分类】V448引言星敏感器是一种以恒星为参照系，以星空为工作对象的高精度空间姿态敏感器,被广泛应用于卫星控制中，其主点和焦距的精确校准是实现其姿态测量的重要步骤[1-3]。
在实际的飞行任务中，由于发射时的震动和冲击、以及在恶劣太空环境下和长期工作后的磨损[4-5]，其主点和焦距相对地面标定时发生很大的变化，会导致星敏感器导航精度下降。
因此为了保证星敏感器的观测精度和可靠性，必须对其主点和焦距进行在轨标定。
传统的在轨标定方法[6-9]均是在星像点随机测量噪声较小的条件下进行的，这些方法在随机测量噪声偏大时，并不能很好地选择标定星点，从而导致最终标定结果偏差较大。
第 31 卷第 7 期2023 年 4 月Vol.31 No.7Apr. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering分焦平面偏振图像传感器信噪比标定朱树旺1，2，赵开春1，3*（1.清华大学精密仪器系，北京100084；2.北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 100192；3.清华大学精密测试技术与仪器国家重点实验室，北京 100084）摘要：为了标定分焦平面偏振图像传感器的信噪比，设计了分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比标定实验。
对分焦平面偏振图像传感器信噪比参数对偏振角度测量结果的影响程度、信噪比标定原理、标定实验流程等进行了研究。
根据分焦平面偏振传感器的结构和数字图像传感器的数学模型得到信噪比的标定原理。
在不同信噪比、不同入射角度线偏振光情况下，对偏振角度测量结果进行了仿真。
然后，根据标定原理设计标定实验的装置结构和实验流程。
最后，进行实际标定并对实验数据进行了分析。
信噪比-偏振角度测量精度仿真结果表明：分焦平面偏振图像传感器的信噪比越大，偏振角度测量精度越高，且入射偏振光角度也会影响测量精度。
分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比参数的实际测试结果表明：标定值与指标值相差不超过0.55 dB。
实验结果证明，该方法是准确有效的，能够较好地完成分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比的标定任务。
关键词：测试计量技术及仪器；偏振图像传感器；分焦平面；信噪比；偏振角中图分类号：TP394.1；TP212 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233107.1012Calibration of signal-to-noise ratio of sub focal planepolarization image sensorsZHU Shuwang1，2，ZHAO Kaichun1，3*（1.Department of Precision Instrument，Tsinghua University，Beijing 100084，China；2.School of Instrument Science and Opto-Electronics Engineering，Beijing Information Science and Technology University ， Beijing 100192，China；3.State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instrument，Tsinghua University，Beijing 100084，China）* Corresponding author， E-mail： kaichunz@mail. tsinghua. edu. cnAbstract： To calibration the signal-to-noise ratio（SNR）of split-focus plane polarization image sensors， a calibration experiment of the SNR of each channel of a split-focus plane polarization image sensor was de⁃signed.The SNR parameters of the split-focus plane polarization image sensor were studied in terms of their influence on the polarization angle measurement results， the SNR calibration principle， and the cali⁃bration experiment procedure. The calibration principle of SNR was obtained based on the structure of the split-focus plane polarization sensor and the mathematical model of the digital image sensor. Then， the po⁃文章编号1004-924X（2023）07-1012-10收稿日期：2022-10-21；修订日期：2022-11-18.基金项目：教育部联合基金资助项目（No. 6141A02022606）第 7 期朱树旺，等：分焦平面偏振图像传感器信噪比标定larization angle measurement results were simulated under different SNR and different incident angle line polarization light cases.Subsequently，the device structure and experimental procedure of the calibration experiment were designed according to the calibration principle.Finally，an actual calibration was per⁃formed and the experimental data were analyzed. The simulation results show that the larger the SNR of the focal plane polarization image sensor， the higher the accuracy of polarization angle measurement， and the angle of incident polarized light also affects the measurement accuracy.The actual test results of the SNR of each channel of the focal plane polarization image sensor show that the difference between the cali⁃bration value and the index value is no more than 0.55 dB.The experimental results prove that the method is accurate and effective，and can better accomplish the calibration task of SNR for each channel of the split-focus plane polarization image sensor.Key words： measurement technology and instruments； polarization image sensor；focal plane；signal-to-noise ratio； polarization angle1 引言偏振成像技术与传统成像技术（红外成像、可见光成像等）相比，能够获得目标物的空间信息、光谱信息以及各个谱段的偏振信息，拓展光学探测的维度，提高获取目标物的信息量，增强对目标物的探测和识别能力，因此，偏振成像技术在目标探测、大气偏振导航、农业、天文探测等领域得到了较为广泛的应用［1］。
