星敏感器基本原理及研究现状与发展趋势

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。

传感器发展现状与发展趋势引言传感器是现代科技的重要组成部分，其在各个领域中扮演着至关重要的角色。

传感器的发展不仅推动了科学技术的进步，也改变了人们的生活方式。

本文将对传感器的发展现状与发展趋势进行探讨。

传感器的发展现状传感器的定义和分类传感器是一种能够感知和获得外界信息并转化为可用信号的装置。

传感器按照不同的工作原理和应用领域可以被分为多种类型，如光学传感器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。

传感器的应用领域传感器广泛应用于各个领域，如工业自动化、医疗健康、交通运输、环境监测等。

在工业自动化中，传感器可以实时监测生产过程中的温度、压力、湿度等参数，以保证生产质量和安全。

在医疗健康领域，传感器被用于监测病人的血压、心率等生命体征，以提供及时的医疗救助。

在交通运输领域，传感器被用于智能交通系统中，实时监测道路交通情况，以优化交通流量和减少交通事故。

传感器的发展挑战尽管传感器在各个领域中有着广泛的应用，但其发展仍面临着一些挑战。

首先，传感器的精度和灵敏度需要不断提高，以满足人们对于更精准数据的需求。

其次，传感器在极端环境下的可靠性和稳定性需要得到提升，以适应各种恶劣条件下的工作需求。

此外，传感器的能耗和体积也需要进一步减小，以适应小型化和无线化的趋势。

传感器的发展趋势物联网与传感器的融合随着物联网的快速发展，传感器与物联网的融合将成为未来的趋势。

通过将传感器与云计算、大数据等技术相结合，可以实现传感器数据的高效传输、存储和分析，进一步推动社会的数字化和智能化发展。

人工智能与传感器的结合人工智能技术的快速发展为传感器的应用带来了新的机遇。

传感器可以用于采集大量的数据，而人工智能算法可以对这些数据进行分析和学习，从而做出更加智能的决策和预测。

通过将传感器与人工智能相结合，可以实现更加智能化的应用，如无人驾驶汽车、智能家居等。

新材料与传感器的结合新材料的发展也将对传感器产生深远的影响。

新材料的特殊性能可以被用于制造更加高效和灵敏的传感器。

星敏感器精度测试论文【摘要】为了在实际星空条件下，精确测定星敏感器的精度，提出利用陀螺加速度计数据与卡尔曼滤波算法，使星敏感器与地理坐标系精确对准，根据星敏感器定姿原理，将测试时刻实际数据与理论输出比对，实测值表明，此方法测得数值，具有更加令人信服的工程实际价值。

【关键词】星敏感器精度评估初始对准经纬仪卡尔曼滤波1 引言星敏感器的测角精度在几个角秒到几十个角秒不等，传统的方法主要依赖于高精度的模拟器，但是模拟器毕竟只是模拟输入，与真实星空不尽相同，测试数据也定与真实数据较有更大的差距。

本文在利用经纬仪准直法保证陀螺、加表与星敏感器三轴平行安装的情况下，利用卡尔曼滤波算法实现北东地地理坐标系与星敏感器测量坐标系对准，通过坐标变换把星敏感器实测数据与理论数据转换到同一坐标系下，从而实现在实际星空下对星敏感器精度的评估。

2 星敏感器测量坐标系与地理坐标系固连将星敏感器固定在地球上，那么星敏感器则随着地球转动，只要将星敏感器的测量坐标系与地理坐标系精确固连，根据坐标系转换则可以实现对星敏感器测角精度的评估。

所谓的精确固连，就是精确确定星敏感器测量坐标系与地理坐标系的转换矩阵，或者利用某种手段使星敏感器测量坐标系与地理坐标系精确对准，而现有的对准技术主要依赖于陀螺和加表，那么只要陀螺和加表与星敏感器平台安装，且实现陀螺加表的测量坐标系与星敏感器测量坐标系的精确标定，星敏感器测量坐标系与地理坐标系的对准问题就转化为陀螺和加表测量系与地理坐标系的对准问题，而陀螺和加表与地理坐标系的对准问题可以利用成熟的卡尔曼滤波算法实现，通过经纬仪布站方法可以实现陀螺加表坐标系与星敏测量坐标系转换矩阵的标定。

2.1 陀螺加表测量坐标系与星敏感器测量坐标系转换矩阵的确定通过精加工安装支架可以实现星敏感器与陀螺加表测量坐标系指向相同，实际安装时无法做到转换矩阵是绝对的单位阵，这就需要用经纬仪布站的方法测量转换矩阵，需要4台经纬仪，记为T1、T2、T3、T4，实际测量时，T1、T2与星敏感器立方晶自准直建立星敏感器测量坐标系，用同样方法通过T3，T4建立惯测组合测量坐标系，再通过T1、T3互瞄可以得到陀螺加表测量坐标系与星敏感器测量坐标系的的转换关系，近似于单位阵。

星载遥感技术在测绘中的应用与发展趋势引言测绘作为一门重要的空间信息科学，为我们认识和掌握地理信息提供了重要手段。

而星载遥感技术作为测绘领域中的一项重要技术手段，近年来在测绘领域中得到了广泛的应用。

本文将从星载遥感技术的定义、应用领域、发展趋势等方面进行论述。

一、星载遥感技术的定义与原理星载遥感技术是利用卫星等载体采集地球表面和大气的电磁波辐射信息，进行测绘和环境监测等各种应用的一种技术手段。

其原理是通过卫星载体上的传感器捕捉和记录地球表面和大气产生的不同波段的电磁辐射，并将其转化为数字信号进行记录和分析。

二、星载遥感技术在测绘中的应用1. 地形地貌测绘星载遥感技术能够获取高分辨率的地表影像，通过对这些影像进行处理和解译，可以获得地形地貌的详细信息，包括地面高程、地形起伏以及地表覆盖等。

这对于城市规划、土地利用、生态环境保护等方面具有重要意义。

2. 海洋测绘海洋作为地球表面的重要组成部分，对于人类的生存和发展有着重要的影响。

星载遥感技术可以获取海洋表面的海洋波浪、海洋潮汐、海洋气候等信息，可以用于海洋资源开发、海洋生态环境保护、海洋气象预测和海洋灾害监测等方面。

3. 灾害监测与预警星载遥感技术可以实时监测地球表面的自然灾害，如火山爆发、地震等，通过获取高分辨率的影像和数据，可以对灾害范围进行准确划定和评估，为救援工作提供重要的参考。

三、星载遥感技术的发展趋势1. 多源数据融合随着卫星技术的发展，星载遥感技术获取的数据量越来越大，多源数据的融合将成为未来的发展趋势。

不同卫星的数据融合能够提供更全面、更准确的信息，对于测绘领域的研究和应用具有重要的意义。

2. 高分辨率影像获取随着卫星技术的进步，星载遥感技术获得的影像分辨率正在不断提高。

高分辨率影像可以提供更加详细、精确的地理信息，对于城市规划、土地利用、资源调查等方面具有重要的价值。

3. 数据处理和解译技术的发展星载遥感技术获取的数据量庞大，因此数据处理和解译技术的发展是必不可少的。

基于CCD星敏感器的天文导航关键技术的发展作者：李峻年王伟来源：《科教导刊·电子版》2013年第09期摘要天文导航是一种自主式的精确导航方法，在航海、航空、航天等领域，都发挥着重要作用。

本文对天文导航系统和关键技术的发展历程进行了详细分析，其中包括天文导航系统的原理，以及星图模拟、星图提取等技术。

本文对天文导航系统关键技术的发展进行了总结，指出结合实际传感器参数和实际应用中载体的运动情况，进一步对关键技术进行研究，是天文导航技术发展的必经之路。

关键词天文导航星图模拟星图提取星敏感器中图分类号：U666.131 文献标识码：A1 概述随着光学技术、电子技术、人工智能技术等领域的不断发展，以大视场CCD星敏感器为传感器，基于星图识别和星图匹配技术的天文导航系统由于精度高、不需人工干预、不需要向外辐射信号等特点，成为目前无源自主导航的热点发展方向之一。

此外，由于系统结构简单、体积小、重量轻，因此易于和其他系统进行集成，可用于空中飞行器、舰船、陆地车辆等，是导航系统重要的发展方向。

我国从上世纪末开始，也对天文导航技术投入了大量研究，本文重点研究天文导航系统的基本原理，以及其中相关的关键技术发展进程。

2 国内外天文导航技术的发展早在二千多年前，我国就已有天文方法应用于航海的记载。

随着天文学的发展，特别是到了十八世纪.欧洲出现了船上使用的测角仪器——六分仪和船上使用的准确计时仪器——航海天文钟，使天测船位的精度有明显的提高。

后来，又有美国船长沙姆纳于1837年发现了利用等高度线求经、纬度的方法，这方法又于1875年被法国海军中校圣·希勒尔改进为近代广泛应用的“圣·希勒尔法”，又称为“高度差法”的画天文船位线的方法，使天文导航方法日趋完善。

近几十年来，以恒星位置为基准的进行精确定位的星敏感器（Star Sensor），也称星跟踪器（Star Tracker），已经得到了广泛地应用。

星敏感器通用规范1 范围本文件规定了星敏感器在地面使用和在轨应用期间的通用技术要求、检验规则、标志、包装、运输和贮存。

本文件适用于星敏感器产品的全生命周期，包含设计、制造、检验、验收、运输、贮存及服役应用。

2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本文件。

GB/T 191 包装储运图示标志3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。

3.1星敏感器 star sensor,star tracker以恒星为观测对象，输出其测量坐标系相对于J2000.0日心惯性坐标系下的姿态信息。

3.2测量坐标系 measurement coordinate system以星敏感器图像探测器中心为原点，一般定义光轴方向为Z轴，指向接插件方向为Y轴，符合“右手法则”的坐标系。

3.3转台坐标系 turn—table coordinate syste转台零位状态下，由转台两个或三个回转轴系决定的坐标系。

注：三个轴的外框、中框和内框一般定义为偏航、俯仰和滚转轴。

3.4姿态测量误差 measurement error星敏感器输出姿态与姿态真值之间的偏差。

注：包含高频误差和视场低频误差。

3.5高频误差 high frequency error(noise equivalent angle)由时域误差和空域高频误差组成的误差。

注：时域误差包含单个像素随时间变化产生的灰度响应噪声，受像素尺度的暗电流噪声、光电探测器读出噪声、ADC量化转换噪声、电路噪声以及杂散光引起的散粒噪声；空域高频误差包含光电探测器相近位置像素间响应的系统差异性和随机差异性而产生的1Hz到数据更新率上限的噪声。

3.6视场低频误差 low spatial frequency error受星敏感器光学畸变、导航星光谱及空域分布差异影响，在光电探测器空间分布上产生的0.01Hz～1Hz的误差。

空间传感器技术在空间探索中的应用太空是一个神秘的地方，我们还了解得不多。

为了更深入地探索太空并解决未知问题，科学家使用了很多先进的技术，其中重要的一种就是空间传感器技术。

空间传感器技术是指利用传感器对太空中的各种物质和现象进行探测、感知和记录的技术，是进展太空探索和应用的重要工具。

本文将介绍空间传感器技术在空间探索中的应用，并探讨未来的发展趋势。

一、空间传感器技术的应用1. 星载成像仪星载成像仪是一种可以观测地球表面的传感器。

利用它，我们可以得到海洋、陆地、极地、热带地区的高精度影像和信息。

而且这种影像和信息可以在不同时间间隔内多次获取，可以检测生态环境的特性变化，以及探测极地区域的各种变化和移动。

星载成像仪还可以进行防灾减灾应用，例如，地震后的断裂地带变化监测，山体滑坡及泥石流预警，灾区人口分布等。

2. 卫星雷达卫星雷达可以看到地面甚至地下几米深的情况，不受天气影响。

卫星雷达具有多种模式，例如SAR（合成孔径雷达），SAR可以用于海洋动力学研究、边界层和大气散射、地震和气象监测。

另外，卫星雷达还可以辅助人类进行夜间搜索和救援工作，例如，地震救援、水灾救援以及抢救失踪人员。

3. 太阳能光谱监测太阳能光谱监测系统可以检测太阳的辐射率、组成以及太阳爆发等现象，并能紧密地关注太阳的活动状况。

太阳能光谱监测系统可用于测量地球大气中的痕量气体，如臭氧、烟尘、二氧化碳、一氧化碳等。

这些信息对于了解地球大气物理、尤其是气候变化等有很高的价值。

4. 宇宙X射线监测宇宙X射线监测系统可以提供对高能宇宙射线现象和太阳风的监测和数据。

它们能给我们提供来自宇宙中的高能粒子的影像，帮助天文学家研究更清晰的宇宙射线背景和暗物质以及黑洞等的研究。

二、空间传感器技术的未来发展趋势1. 机器学习算法的应用由于数据量巨大，研究人员很难快速地识别和整理数据，因此机器学习算法被广泛应用。

机器学习是将分类算法、神经网络、回归算法等应用于大数据的一种技术，能够对数据进行更快、更准确的处理，这使得科学家在解决更加复杂的问题时更加容易。

卫星姿态确定及敏感器误差修正的滤波算法研究一、内容综述近年来，随着空间技术的迅速发展，卫星在通信、导航、气象、国防等方面都发挥着越来越重要的作用。

为了准确而稳定地获取卫星的各种信息，精确的卫星姿态确定与敏感器误差修正显得尤为重要。

针对这一问题，研究者们对卫星姿态确定与敏感器误差修正方法开展了广泛而深入的研究。

本文将对这些方法进行综述，从基本原理到算法实现，全面展现当前该领域的进展。

卫星姿态确定主要涉及到卫星位置和角度的确定，是卫星自主导航、控制与管理的基础。

卫星上通常设置有三轴陀螺仪和三轴加速度计等敏感器来测量卫星姿态变化，并通过滤波算法实现对姿态的精确估计。

在实际运行过程中，由于各种因素的影响，如敏感器的制造误差、环境条件变化等，会导致敏感器输出数据存在偏差，从而影响卫星姿态确定的精度和稳定性。

为了提高姿态确定的准确性，需要采用有效的误差修正方法对敏感器数据进行校正。

现有的误差修正方法可分为两类：基于统计的方法和基于模型的方法。

统计方法主要依赖于大量的历史数据，通过对数据进行拟合和预测来实现误差修正，但难以处理非线性关系和复杂动态环境。

而基于模型的方法则是利用系统内部的先验知识，建立误差模型进行误差修正，具有较强的实时性和适应性。

滤波算法作为一种高效的数值计算方法，已被广泛应用于卫星姿态确定与敏感器误差修正中。

通过对观测数据进行处理，滤波算法能够估计出卫星的实际姿态，并通过反馈控制进一步优化姿态估计精度，实现卫星的高精度、高稳定性的运行。

1. 卫星在现代通信、导航及遥感中的重要性近年来，随着空间技术的迅猛发展，卫星在现代通信、导航及遥感领域的应用越来越广泛，其重要性也日益凸显。

卫星通信技术的发展使得全球范围内的信息交流变得更加迅速和便捷，为全球信息化社会的建设提供了有力支持。

导航技术在军事、交通、消防、救援等领域发挥着越来越重要的作用，极大地提高了人们的出行效率和安全性。

卫星遥感技术在农业、林业、海洋、环境监测等领域的应用也为我们认识和改造世界提供了强大的手段。

新型传感器在卫星导航系统中的应用探究随着科学技术的不断发展，卫星导航系统在各行各业得到了广泛的应用。

作为卫星导航系统的重要组成部分，传感器在其中的作用也愈发重要。

不断引进新型传感器技术，能够为卫星导航系统的精度和可靠性提供更好的保障。

下面，本文将探究新型传感器在卫星导航系统中的应用。

一、新型传感器技术的介绍传感器是记录和测量物理量的关键元件。

在卫星导航系统中，传感器主要用于定位和导航等方面。

随着科技的不断进步，传感器技术也不断更新。

新型传感器技术主要分为以下几种。

1.惯性导航传感器惯性导航传感器是一种能够不受外界环境影响，以惯性为基础实现位置和方向测量的器件。

它由加速度计和陀螺仪组成，能够识别物体的运动状态，获得高精度的位置和方向信息。

在卫星导航系统中，惯性导航传感器可以提供连续的导航信息，保证系统的稳定性。

2.光学传感器光学传感器利用光学原理来实现测量。

它能够将物体的形状、大小、颜色等信息转化为数字信号，用于定位和导航等应用。

在卫星导航系统中，光学传感器可以用来获取地面物体的图像信息，帮助提高系统的空间识别能力。

3.超声波传感器超声波传感器利用声波的特性来进行测量。

它能够探测物体距离和形状等信息，并将其转化为信号。

在卫星导航系统中，超声波传感器可以用于测量遥感数据中的垂直距离，帮助提高系统的定位精度。

4.磁力传感器磁力传感器是能够测量磁场的器件。

在卫星导航系统中，磁力传感器可以用于检测地球磁场的变化，帮助提高位置和方向的信息准确性。

以上是几种新型传感器技术的简介，下面将探究它们在卫星导航系统中的应用。

二、新型传感器在卫星导航系统中的应用1.惯性导航传感器的应用卫星导航系统中的GPS能够提供高精度的定位信息，但在某些情况下，GPS信号容易受到干扰。

例如，在高楼和山区等地方，GPS信号容易被建筑物或地形所遮挡。

而在这些情况下，惯性导航传感器正可以充分发挥其作用。

它不依赖于外界环境干扰，可以通过惯性测量来提供稳定的定位信息，从而提高系统的准确性和可靠性。

面向微小卫星的星敏感器研究李赓;王昊;金仲和;王本冬【摘要】A new design of star tracker(ST)is proposed.The STisbased on the using of commercial devices,to matchMicro-satellites' compact size.The STconsists of an industrial lens,a DSP processor,a low power CPLD and a grayscale CMOS sensor.To improve the measurement accuracy,theimaging model of the STis analyzed,andthe optical parameters are compensated by in-field star calibration.The algorithm of star photoprocessing is also analyzed,anda median filter is applied to reduce the effect ofimpulse noise during star point extracting.A ST prototype is tested with field experimentsbased on the earth's rotation and constellation tracking,the results show that the prototype's RMSE(Root Mean Square Error)of Euler angleis 30″.The prototype,whi chis in compact size and low power consumption,can be exactly applied to Micro-satellites.%研制了一款新型面向微小卫星的星敏感器,采用商用器件构成以满足微小卫星对小型化的要求.星敏感器由工业镜头、DSP、低功耗CPLD和灰度型CMOS图像传感器组成.为进一步提高测量精度以满足卫星的需求,针对星敏感器的成像模型进行了分析,并用恒星校准的方式补偿了光学参数;对恒星处理算法进行了分析,在图像处理环节特别地采用了中值滤波技术,解决了孤立脉冲噪声对星点提取的影响.基于地球自转的星座跟踪实验表明,所研制的星敏感器样机欧拉角回归标准差为30″,已可实际应用于微小卫星平台.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2017(030)008【总页数】7页(P1145-1151)【关键词】星敏感器;微小卫星;姿态确定【作者】李赓;王昊;金仲和;王本冬【作者单位】浙江大学航空航天学院,杭州 310027;浙江大学航空航天学院,杭州310027;浙江大学航空航天学院,杭州 310027;浙江大学航空航天学院,杭州310027【正文语种】中文【中图分类】V448.222微小卫星逐渐开始在各个行业展开应用,承担起大卫星的任务,其巨大的应用价值和潜力被航天业极为重视。