面向甚高精度微型星敏感器在商业卫星以及中低轨资源勘探卫星的实际应用需求，开展了甚高精度微型星敏感器光学系统设计与验证研究。基于甚高精度微型星敏感器姿态测量精度要求，完成了光学系统技术指标论证工作，具体包括：根据材料透过率与折射率，给出了适用于轻小化镜头的工作波段；根据恒星像点的弥散特性，给出了适用于高精度质心提取的高斯半径；根据黑体辐射定律与探测器参数，给出了适用于提取6.5等星时所需通光口径；根据恒星色温与星等之间的关系，并结合蒙特卡洛方法，给出了最佳工作视场大小。基于光学系统指标论证方法，确定了光学系统设计参数，并依次实现了光路设计以及像质分析，结果表明：在−40~60 ℃工作温度区间内，其星点质心偏移不超过0.05 μm，且弥散斑尺寸变化量不大于1 μm。基于设计甚高精度微型星敏感器光学系统，开展了标定测试、外场观星以及耐辐射测试，结果表明：系统标定精度为0.6″，外场测量精度为1.5″(3σ)，外场测量下可探测极限星等为6.51等星，累计60 krad(Si)辐射下可探测极限星等为6.01等星，进一步验证了所设计光学系统的精度以及可靠性，可为甚高精度微型星敏感器的工程应用提供理论基础与技术支持。
星敏感器 光学系统 甚高精度 无热化 耐辐射 star sensor optical system very high-precision accuracy athermal radiation resistant 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230104
上海航天控制技术研究所, 上海市空间智能控制技术重点实验室, 上海 201109
星敏感器作为高精度姿态测量仪器,在轨工作时易受热环境的影响。针对仿真分析难以精确建立星敏感器光-机-热模型的问题,提出了一种星敏感器热稳定性试验分析方法,通过加热真空罐中的安装面和遮光罩来模拟星敏感器的在轨热环境,利用静态光星模拟器模拟星空,通过观察星敏感器输出姿态的变化评价星敏感器的三轴热稳定性。试验过程中通过自准直仪对安装面棱镜的测量值剥离安装面热变形对姿态测量的影响,经过分析后可知误差在4.5%以内。对某型号高精度星敏感器进行试验,结果表明:当遮光罩温度由27.3 ℃升至110.6 ℃时,星敏感器光轴绕x轴的偏移量为2.9″,绕y轴的偏移量为1.2″,绕z轴的偏移量为2.6″;当星敏感器安装支架控温精度为(20±0.3) ℃时,星敏感器光轴的偏移量为±0.18″,满足高精度星敏感器的热稳定性指标。
测量 热稳定试验 棱镜自准直 静态光星模 热变形
1 上海航天控制技术研究所, 上海 201109
2 中国航天科技集团公司红外探测技术研发中心, 上海 201109
详细介绍了一种星敏感器像素频率误差补偿方法并结合实际实验数据对其补偿效果进行验证。首先依据阈值分割的星点提取算法, 分析了像素频率误差产生的几个主要原因。然后改进原有的星点质心定位点扩散函数, 提出了一种基于亚像元坐标的像素频率误差补偿方法。最后通过星敏感器微步距实验, 与正弦曲线法比较。实验结果表明: 在视场中心区域, 使用该方法对采样点补偿后像素频率误差减少了65.2%, 优于正弦曲线法的52.7%; 使用视场中心的误差补偿公式对视场边缘的采样点补偿, 像素频率误差减少58.7%, 优于正弦曲线法的41.9%。由实验结果可得: 较之于正弦曲线法, 该误差修正方法不仅具有更好的误差补偿效果, 而且在视场范围内具有较强的通用性。
星敏感器 亚像元坐标 像素频率误差 误差补偿 star sensor sub-pixel coordinates pixel frequency error error compensation 红外与激光工程
2017, 46(7): 0717006
本文介绍将象全息的白光再现用于无损检测裂纹和灰口铸铁的焊接质量。
