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1、第30卷2013年第4期上海航天AEROSPACESHANGHAl文章編號(hào):1006—1630(2013)04—0069—10小型化星敏感器技術(shù)陳紓1,張廣軍2,鄭循江1,魏新國(guó)2,馬英超1,毛曉楠1(1.上海航天控制技術(shù)研究所,上海200233;2.北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電學(xué)院,北京100191)摘要:對(duì)小型化星敏感器的軟、硬件及光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了研究。通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)中高穩(wěn)定的光機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、大通光孔徑低畸變的鏡頭和40。太陽(yáng)保護(hù)角的遮光罩設(shè)計(jì)達(dá)到光學(xué)指標(biāo)。硬件設(shè)計(jì)采用輕小型低功耗電路、FPGA完成圖像采集和星點(diǎn)提取技術(shù),軟件設(shè)計(jì)采用改進(jìn)型全天識(shí)別算法、
2、具快速主動(dòng)預(yù)估功能的星跟蹤技術(shù)。小型化星敏感器產(chǎn)品地面驗(yàn)證及應(yīng)用結(jié)果表明:產(chǎn)品的主要性能達(dá)到指標(biāo)要求。關(guān)鍵詞:低功耗電路;圖像采集;星點(diǎn)提??;星跟蹤中圖分類(lèi)號(hào):V448.221文獻(xiàn)標(biāo)志碼:ATechnologyofMiniatureStarSensOrCHENShul,ZHANGGuang—jun2,ZHENGXun—jian91,WEIXin—gu02,MAYing—cha01,MAOXiao—nanl(1.ShanghaiInstituteofSpacefIightContr01Technology,Shanghai200233,China;2.Scho
3、olofApparatusScienceandPhotoelectricity,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Be巧ing100191,China)AbSt髓ct:Thetechnologyofsoftware,hardwareandopticsdesignofminiaturestarsensorwasstudiedinthispaper.ThehighlystableopticaI—mechanicalstructure,shotwithlargeexitapertureandlowdisto
4、rtion,sunshieldwithIightshieldingangIeof40。wereadoptedintheoptical—mechanicalsystemtogaintheopticaIperformance.Thelightandsmalltypecircuitand10wpowerconsumption,technologyofimageacquisitionandstarextractionbyFPGAwereusedinhardwaredesign.Theupdatedrecognitionalgorithmofallskystarmap
5、andtrackingalgorithmwithfunctionoffastactivepredictionwereusedinsoftwaredesign.Thegroundverificationandapplicationtheminiaturestarsensorshowedthatthecapabilityoftheproductw。uldmeettherequirement.Keywords:Lowpowerconsumptioncircuit;Staracquisition;Starextraction;Startracking0引言隨著空間技
6、術(shù)的發(fā)展,空間任務(wù)更強(qiáng)調(diào)規(guī)?;⑿⌒突c廉價(jià),未來(lái)星敏感器的發(fā)展方向是微型化,對(duì)星敏感器的系統(tǒng)體積、重量、功耗、抗輻射及成本提出了更高的要求,而星敏感器性能很大程度取決于成像系統(tǒng)中星光探測(cè)器的性能。CCD的星敏感器具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、讀出噪聲小等優(yōu)點(diǎn),目前獲得廣泛應(yīng)用。雖然CcD技術(shù)較成熟,但也有其固有的局限性:不能與深亞微收稿日期:2012一09—25作者簡(jiǎn)介:陳紓(197l一),女,碩士,主要從事航天電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)。米超大規(guī)模集成技術(shù)兼容,只能在同一芯片上實(shí)現(xiàn)光敏像元陣列,而外圍時(shí)序、信號(hào)處理不能實(shí)現(xiàn)同芯片集成,致使成像系統(tǒng)復(fù)雜,為多芯片系統(tǒng)(典型的
7、基于CCD成像系統(tǒng)的星敏感器質(zhì)量1~7kg,功耗7~17w),抗空間輻射能力較差,CCD陣列需特殊的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)脈沖和多種工作電壓,供電相當(dāng)復(fù)雜,圖像電荷需順序讀出才能到達(dá)輸出端。作為ccD技術(shù)的可能替代者,有源像素傳感器技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于星敏感器研制,其特點(diǎn)是每個(gè)像素內(nèi)有一個(gè)增強(qiáng)像素信號(hào)的放大器。基于CMOSAPs圖像傳感器的星敏感器較CCD有更多優(yōu)勢(shì):抗輻射性能好;低功耗,小型化;可實(shí)現(xiàn)窗口、子樣和隨機(jī)像素讀??;易實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換和處理電路單片集上海航天AEROSPACESHANGHAI第30卷2013年第4期成;電路接口簡(jiǎn)單(單電源、標(biāo)準(zhǔn)指令數(shù)據(jù)接口);動(dòng)態(tài)范圍寬
8、。作為衛(wèi)星姿態(tài)測(cè)量的重要部件,高性能小型星敏感器的研