数字式太阳敏感器标定与抗干扰分析

论文摘要

太阳敏感器是检测太阳光位置的装置,主要用于确定人造地球卫星相对于太阳坐标系的方位,是人造地球卫星的姿态控制系统的关键部件。人造地球卫星的小型化,对新型太阳敏感器提出了质量轻,体积小,能耗低,精度高的新要求。本论文基于这种趋势,并结合星上实际应用的需要,设计了一种基于图像传感器的数字式太阳敏感器,并对其进行了误差标定和抗干扰研究。本文首先介绍了太阳敏感器的工作原理,给出了线阵CCD太阳敏感器测量两轴姿态信息的方法,并据此对太阳敏感器进行了设计,确定了太阳敏感器的总体结构与光学探头的设计参数。进而,本文对所设计的太阳敏感器进行了系统误差分析,采用数据拟合方法,建立了系统的误差补偿模型。通过标定试验,确定了模型参数,获得了可用于姿态输出的角度计算公式。测试结果表明敏感器实现了测量精度要求,验证了该误差补偿方法的有效性。最后,本文分析了天体对太阳敏感器的干扰情况,并针对可能存在的干扰,提出了相应的防护措施。本论文根据实际需要对数字太阳敏感器进行了设计和较为系统的分析研究,其中误差补偿方法和抗干扰防护措施可以大幅度提高其测量精度,为其星上实际应用扫清了主要障碍。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本文研究的意义
• 1.3 各种太阳敏感器工作原理与特点
• 1.3.1 “0-1”式太阳敏感器
• 1.3.2 模拟式太阳敏感器
• 1.3.3 数字式太阳敏感器
• 1.4 国内外太阳敏感器发展现状
• 1.4.1 国外太阳敏感器发展现状
• 1.4.2 国内太阳敏感器发展现状
• 1.4.3 国内外太阳敏感器发展现状总结
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 太阳敏感器设计原理与方案
• 2.1 数字式太阳敏感器基本原理
• 2.1.1 数字太阳敏感器原理模型
• 2.1.2 太阳像斑中心检测原理
• 2.1.3 图像传感器在太阳敏感器中的应用
• 2.2 太阳敏感器总体设计方案
• 2.3 太阳敏感器光学探头结构参数确定
• 2.3.1 CCD传感器性能参数
• 2.3.2 滤波片参数的确定
• 2.3.3 狭缝尺寸的确定
• 2.3.4 掩模平面到成像平面距离F的确定
• 2.3.5 太阳像斑质心算法精度要求
• 2.4 本章小结
• 第3章 太阳敏感器标定方法
• 3.1 光学结构误差分析
• 3.1.1 滤光玻璃误差
• 3.1.2 狭缝偏移误差
• 3.1.3 探测器倾角误差
• 3.2 数据拟合基本原理
• 3.2.1 最小二乘拟合
• 3.2.2 Levenberg-Marquarat算法
• 3.2.3 整体与局部拟合
• 3.3 标定函数的确定
• 3.4 标定函数适应性分析
• 3.5 数据整体拟合方法
• 3.5.1 局部数据拟合
• 3.5.2 整体数据拟合
• 3.6 本章小结
• 第4章 太阳敏感器抗干扰方法
• 4.1 天体干扰源特征分析
• 4.1.1 地球反射光辐照度分析
• 4.1.2 地球反射光信号特征分析
• 4.1.3 月亮反射光干扰特征分析
• 4.2 天体干扰对数字式太阳敏感器姿态输出影响
• 4.3 太阳敏感器抗干扰措施
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢