光电二极管是一种体积小、成本低的感光传感器, 由至少三个配合可实现太阳矢量的测量, 从而可以作为低精度的太阳敏感器。为了尽可能实现在360°视场空间任意方位求解太阳矢量, 如何选择光电二极管数量并确定其布局方式是一个难点。文中首先将360°视场空间等表面积离散化, 将无限的传感器的布局优化问题转换为有限的组合优化(NP问题难)。然后, 通过建立覆盖度和均匀度的多目标优化函数, 并结合量子遗传算法求解最优方案。实验分析了不同光电二极管数量和视场范围的布局效果, 对多光电二极管的布局优化提供了理论性依据。实验结果显示, 选择12~14个光电二极管可以基本实现无覆盖风险和均匀风险的布局。

基于内嵌处理器软核 MicroBlaze的 FPGA，设计了一种太阳敏感器信息处理系统。采用 MicroBlaze软核实现光斑质心提取和姿态换算，并通过其它逻辑资源实现图像传感器驱动、图像存储和接口通信等模块的时序控制，同时根据 MicroBlaze软核的特点，提出了一种基于扫描方式的质心提取算法。结果表明，具有单精度浮点运算能力的 MicroBlaze软核能够保证太阳敏感器质心提取和姿态计算的精度；基于扫描方式的质心提取算法流程简单，占用资源少；采用 SOPC的太阳敏感器无需 DSP或 ARM等协处理器，减小了硬件设计复杂性，提高了系统的集成度和性能。

针对现有的光斑质心算法无法直接处理含有离散噪声点的图像, 提出一种不依赖去噪预处理和噪声点剔除后处理, 本身具有抗单点噪声能力的光斑质心定位算法, 并通过现场可编程门阵列(FPGA)实现了该算法。首先分别标记背景像素、噪声像素和光斑像素; 然后通过对相邻像素标记的判断, 完成对当前像素的标记; 同时对属于同一光斑的像素进行质心参数累加, 但不累加和存储判断为真正噪声点的像素。与现有方法相比, 该方法能够充分利用FPGA的并行处理能力, 在图像像素输出的同时完成光斑质心提取和噪声点像素去除, 而且不需要存储预处理图像和噪声点像素, 节省了存储空间。该方法为由于图像传感器长时间曝光而引起的高亮度离散噪声光斑图像的处理提供了有效的途径。

光学系统设计是星敏感器设计的关键，光学系统参数决定将影响星敏感器的性能指标，而参数的选择需要考虑天空背景辐射、图像传感器参数等多种因素。采用Modtran软件仿真分析了不同情况下的天空背景辐射。在此基础上，通过引入能量集中度以及传感器噪声，推导出更精确的可探测极限星等公式，并深入分析了星敏感器可探测极限星等、探测概率以及探测精度与各影响因素的关系。对典型设计参数的可行性进行了分析，分析结果可为全天时星敏感器光学系统设计提供参考。

提出一种太阳敏感器测量坐标系与立方镜坐标系转换矩阵的标定方法。该方法首先利用太阳模拟器和两轴转台对太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系进行标定;然后,利用光阑接受屏和CCD图像瞄准定位系统,对立方镜坐标系和转台坐标系进行标定;最后,以转台坐标系作为中间坐标系计算出所述两坐标系的转换矩阵,从而将太阳敏感器测量的太阳视线方向间接转换到立方镜坐标系。实验结果表明,两坐标系转换矩阵的标定精度优于4″(1σ),满足太阳敏感器测量精度要求。该方法不需要精准的加工和安装工艺,同时对两坐标系转换矩阵的标定也不需要太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系保持一致,易于实现,具有实用价值。

为数字式太阳敏感器设计了一种光学系统。从标量的菲涅尔-基尔霍夫衍射理论出发,建立了圆孔结构数字式太阳敏感器的光学系统成像模型,在计算机上实现光学系统的数值仿真,并根据数值仿真的结果进行了光学系统参数的设计。该光学系统参数为:距离4 mm,圆孔半径50μm,孔间距700μm。针对所设计的光学系统,利用太阳模拟器完成了地面实验。实验结果表明,光学系统设计合理,能满足微小卫星对敏感器小型化、高精度的要求。

以夫朗禾费衍射理论为基础,结合微透镜,设计了一种高性能的数字式太阳敏感器复合光学系统。分析了光学系统的组成,建立了光学系统的数学模型,设计了光学系统的焦距、孔径和微透镜参量,并进行了成像的数值仿真。仿真结果表明,与基于掩模的光学系统相比,这种新型的复合光学系统成像光斑能量分布集中,保证计算光斑中心位置的高精度,使敏感器具有大视场和高精度的特点。

提出并设计了一种基于FPGA的小型CMOS数字式太阳敏感器.对其光学系统设计参数进行了合理选择,采用了"质心法"求取太阳像光斑中心位置,并用最小二乘法对该太阳敏感器进行了标定.经过测试,应用该技术实现的太阳敏感器样机的视场范围可达到60°×60°,测角精度可达到0.05°,帧频10Hz,质量小于250g,总功耗为750mW.包括处理电路在内的整个结构尺寸为80mm×80mm×35mm.

文章介绍了一种全固化单频激光器的控温系统;该系统利用PID控制原理,针对我们的控制对象,对其参数和整个系统进行了优化设计,并采取一系列抗干扰措施,保证了系统的控制精度和控制速度.用单片机对其多路温度信号的测量和显示进行了程序化控制,有效解决了热敏电阻的非线性问题,简化了系统的硬件结构.该系统体积小,运行可靠,控制精度达0.005℃(4 h.)

在利用模清洁器改善全固化单频Nd:YVO4激光器输出激光质量的基础上,利用准相位匹配(QPM)技术抽运三共振周期性极化铌酸锂晶体组成的光学参量振荡器(PPLN OPO),在低至1.5 mW的阈值抽运功率下获得2.1 μm的近简并下转换光输出;当抽运功率为6 mW时,输出0.9 mW下转换光,光-光转换效率为15%.