星敏感器基本原理及研究现状与发展趋势
卫星星敏感器数据处理与应用-谢俊峰 (2)
研究意义
对于资源三号卫星500km左右的卫星高度，1角秒的定姿误 差可以引起卫星影像定位2.5米的误差； 利用星敏感器定姿在卫星自主定姿方法中精度最高。国外高 分辨率卫星一般采用星敏感器定姿，其影像直接定位精度可 达到10m级；
资源三号卫星以前的国内水平与国外相比，存在较大的差距，
最高直接定位精度为300m；姿态获取的可靠性也较差，成
完成时间：2006 年3 月 公司：Microcosm/USA 系统：DayStar SED20 Star tracker 性能：白天观测7.1 等恒星
星敏感器在卫星定姿领域
卫星姿态应用：
遥感影像直接定位[spot image，2005] 卫星飞行控制[王旭东，1999] ……
遥感影像直接定位对于测绘领域尤为重要， 高定位精度必然要求高姿态精度。
影响可靠性的因素
导航星选取 识别算法 …… 星像点提取精度 恒星相机检校精度 视场内恒星的数量 姿态确定算法 ……
导航星选取技术
星图识别技术 质心提取技术
相机检校技术 姿态解算技术 事后处理：
1、无实时输出要求； 2、可多次重复计算，保证可靠性； 3、硬件资源充足
影响姿态精度的因素
定姿精度—星敏相机检校
基于星对角距夹角的检校方法
z
基于夹角相等建立检校模型：
vi
cos ij wi w j vi A Av j vi v j
T T T T
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x
N G( x0 , y0, f , k1 , k2 ) V i V j D1 D2
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恒星成像示意图
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image point position error(pixel)
星敏感器基本原理及研究现状与发展趋势
星敏感器基本原理及研究现状与发展趋势0 引言星敏感器是以恒星为参照系，以星空为工作对象的高精度空间姿态测量装置，通过探测天球上不同位置的恒星并进行解算，为卫星、洲际战略导弹、宇航飞船等航空航天飞行器提供准确的空间方位和基准，并且与惯性陀螺一样都具有自主导航能力，具有重要的应用价值。
星敏感器的研究发展与应用已历经半个多世纪，随着新材料，新器件的出现和工艺技术的进步，精度提高，功耗减小，成本降低，应用领域日益广泛的新型星敏感器不断推出。
因此，及时收集整理分析比较国外星敏感器的信息，有利于国内有关姿态测量控制技术的发展。
1 星敏感器研究现状1.1 应用于卫星等空间飞行器的星敏感器星敏感器空间适用性好，且成本较高，因此传统上多用于卫星等空间飞行器的定姿。
1.1.1 基于CCD图像传感器的星敏感器电荷耦合器件(CCD)体积小，重量轻，功耗低，耐冲击，可靠性高，像元尺寸及位置固定，对磁场不敏感，适合空间应用需要，自70年代中期美国率先研发出基于CCD的星敏感器后，一直作为主流的图像传感器应用于星敏感器。
（1）德国Jena-Optronik 的ASTRO 系列该公司的第一款星敏感器是ASTRO 1，1984 年研制，1989年应用于MIR(和平)空间站上。
其后的ASTRO 5是全自主星敏感器，重量轻、功耗小、价格便宜，但横滚轴精度较差，需要两枚同时工作以提高精度。
ASTRO 10 为分体式结构，电子模块与光敏模块分离，主要应用于近地轨道的各类卫星(SAR-Lupe，TerraSAR，DARPA’s Orbital Express,我国的HJ-1 与FY-3等)。
ASTRO 10 集高精度低功耗低重量低成本等优点于一身，是全自主式星敏感器。
主要特点是：内置星表，无须先验知识定姿，遮光罩的遮光角可以自定。
自主温控或者由飞行器控制。
电子模块和敏感器头部相互独立，依靠电缆连接，便于在飞行器上的安装与调整。
电子接口可选。
利用神经网络技术实现星敏感器的星图识别
三、快速星图识别算法研究
பைடு நூலகம்
为了提高星敏感器的性能，需要研究快速星图识别算法。快速星图识别算法 是指在短时间内对接收到的信号进行识别和处理，以确定其来源和位置。该算法 需要考虑到信号的强度、频率、相位等因素，并进行综合分析，以实现快速、准 确的星图识别。
在快速星图识别算法中，常用的方法包括基于神经网络的识别算法、基于模 式识别的识别算法等。这些方法都可以在短时间内对接收到的信号进行识别和处 理，但具体实现方式和性能有所不同。
利用神经网络技术实现星敏感器的 星图识别
01 摘要
03 一、引言
目录
02 关键词：神经网络； 星敏感器；星图识别
04
二、神经网络模型的 设计和训练
目录
05 三、实验验证
07 参考内容
06 四、结论
摘要
本次演示介绍了一种利用神经网络技术实现星敏感器的星图识别的方法。首 先，对星敏感器进行了简要介绍，并阐述了星图识别的基本原理。然后，详细介 绍了神经网络模型的设计和训练过程，包括数据预处理、模型构建、训练和评估 等步骤。最后，通过实验验证了该方法的可行性和有效性。
在进行神经网络模型设计和训练之前，需要对星图数据进行预处理。首先， 需要对拍摄到的星体图像进行去噪和增强处理，以提高图像的质量和清晰度。然 后，需要对图像进行标注和分类，为后续的训练和学习提供数据基础。
2、模型构建
本次演示采用卷积神经网络（CNN）作为主要的神经网络模型。CNN是一种经 典的图像处理模型，具有强大的特征提取能力和分类能力。在CNN的基础上，本 次演示设计了具有多层次卷积层的神经网络模型。该模型包括多个卷积层、池化 层、全连接层等，可以自动提取图像的多层次特征并进行分类识别。
星敏感器杂散光分析与抑制
摘要摘要在航空航天领域，用于确定飞行器姿态的星敏感器得到广泛的应用。
由于复杂的太空光环境导致进入星敏感器的杂散光较为复杂，杂散光的抑制水平决定了星敏感器的定姿精度。
杂散光对于暗弱目标的探测影响很大，到达探测器表面的杂散光会降低像面对比度，增加背景噪声，严重时使探测目标信号被湮没。
基于以上背景，在查阅大量文献的基础上，本文分析了复杂太空光环境的来源和路径，确定了杂散光分析的步骤，介绍了影响杂散光路径的散射模型并提出了杂散光抑制水平的评价函数。
在阅读大量文献后，开展了以下几个方面的研究工作：1）运用不同类型的遮光罩和挡光环设计原理，确定不同位置挡光环的分布。
利用MATLAB软件将遮光罩和挡光环设计程序化，根据设计要求快速得到相关参数并导入ASAP软件中建模。
利用消光比和点源透射率两种评价方式，对系统中三种不同类型的遮光罩进行分析，绘出消光比和点源透射率关于光线离轴角的变化曲线，为遮光罩的设计提供理论分析依据。
利用遮光罩程序设计一种新型遮光罩，设计参数与系统内的遮光罩参数相同，对比两种遮光罩的消光比和点源透射率，得出新型遮光罩优于原遮光罩的结论。
2）采用蒙特卡罗法和重点区域采样法仿真分析。
利用散射特性测量仪器对结构的散射特性进行实测并建立多项式散射模型，散射模型建立的准确与否严重影响杂散光仿真分析的准确性。
讨论了透镜散射模型的建立和结构件散射模型方程的选择。
利用ASAP软件对工作波段为可见光的简单星敏感器系统和复杂星敏感器系统进行杂散光分析，在验证建模准确、散射模型准确、重点区域选择准确等前提下仿真得到不同光线离轴角下点源透射率的数值，与设计要求进行对比。
3）利用基于双柱罐的点源透射率测试方法，这是一种国外测量点源透射率较为普遍的测试方法。
介绍了点源透射率测试的设备、方法和测试步骤。
对可见光简单星敏感器光学系统的点源透射率实测，得出点源透射率的实测数据并绘制曲线与仿真分析数值对比，分析误差。
通过对比后，利用验证分析的评价指标，仿真值与分析值相互验证，实测表明仿真分析的正确性。
星敏感器工作原理华威股份
星敏感器工作原理华威股份
星敏感器是一种用于探测星体的仪器，其工作原理主要涉及光电效应和光学原理。
在星敏感器中，首先通过一个透镜将传入的光线聚焦到光电检测器上。
光电检测器是一种能够将光信号转化为电信号的装置，常见的有光敏二极管、光敏电阻等。
当光线照射到光电检测器上时，光电检测器会产生相应的电流或电压信号。
接下来，星敏感器通过处理电路对光电检测器输出的电信号进行放大、滤波等处理。
处理后的信号会被送到微处理器中进行进一步的计算和分析。
在计算和分析阶段，星敏感器会利用已知的星体位置和运动信息，结合光电检测器的输出信号，来确定星体的位置、方向和速度等参数。
通过不断地对星体的位置和速度进行测量和计算，星敏感器可以实现对星体的精确追踪和定位。
总的来说，星敏感器通过检测星体发出的光信号，将其转化为电信号，并利用计算和分析来确定星体的位置和运动信息。
这样就能够实现对星体的准确追踪和定位。
aps cmos星敏感器 系统原理及实现方法
APS（Active Pixel Sensor）CMOS 星敏感器是一种采用CMOS 技术制造的数字成像设备，用于捕捉和处理星体图像。
其工作原理主要是通过检测星体图像的特征，用于航天器姿态控制和导航。
以下是APS CMOS 星敏感器系统的基本原理及实现方法：
1. 系统原理
APS CMOS 星敏感器基于主动像素传感技术，每个像素都具有独立的光电转换和信号读取功能。
在成像过程中，光子撞击像素单元，将其转化为电信号。
信号读取电路将电信号转换为数字信号，并按照预定的格式输出。
2. 星敏感器核心组件
（1）CMOS 图像传感器：作为星敏感器的核心元件，CMOS 图像传感器将光信号转换为电信号。
常见的CMOS 图像传感器类型包括APS、BSI（Back-Side Illuminated）等。
（2）信号处理电路：对CMOS 图像传感器输出的电信号进行放大、滤波、模数转换等处理，得到数字化的星体图像。
（3）星体识别算法：通过分析星体图像的特征，例如星点的形状、亮度等，实现星体的识别和定位。
（4）姿态解算模块：根据星体的识别结果，结合预先存储的星表数据，计算航天器的姿态信息。
3. 实现方法
（1）硬件实现：设计并制造具有高性能的CMOS 图像传感器，提高星敏感器的灵敏度和信噪比。
（2）软件实现：开发星体识别算法和姿态解算模块，实现对星体图像的实时处理。
（3）系统集成：将CMOS 星敏感器、信号处理电路、星体识别算法等组件集成到一个紧凑的系统中，便于安装和使用。
（4）标定与优化：针对不同的应用场景，对星敏感器进行标定和优化，提高系统性能。
航天器姿态控制技术中的星敏感器辅助设计研究
航天器姿态控制技术中的星敏感器辅助设计研究随着航天器的不断发展和进步，航天器的姿态控制技术也日益重要。
姿态控制是指控制航天器在空间中的方向、位置和速度，以实现特定的任务。
在航天器姿态控制系统中，星敏感器是一种重要的传感器，通过获取天空中的星星信息，实现对航天器姿态的精确测量和控制。
本文将讨论航天器姿态控制技术中的星敏感器辅助设计研究。
星敏感器是一种通过感知星星的空间方向，进而确定航天器姿态的传感器。
它利用光学方法对星光进行探测，并通过处理数据来确定航天器的姿态。
首先，星敏感器辅助设计需要考虑星敏感器的工作原理和性能。
星敏感器主要利用感光元件（如光电二极管）感知星光，并将光信号转换为电信号。
接下来，电信号经过放大和滤波等处理后，传递给姿态控制系统，进一步进行数据处理和姿态调整。
为了提高星敏感器的精确度和可靠性，在设计中需要重点考虑以下几个方面：1. 星敏感器的灵敏度和动态范围：在星敏感器的辅助设计中，需要确保星敏感器具有足够的灵敏度和适当的动态范围。
灵敏度是指星敏感器对星光的感知能力，灵敏度越高，传感器对星光的探测精度越高。
动态范围是指传感器能够处理的最大和最小星光强度之间的范围。
合理设计的星敏感器应具有宽动态范围，以适应不同亮度的星星。
2. 星敏感器的抗噪声能力：在航天器姿态控制中，星敏感器通常需要在复杂的空间环境中工作，如强烈的太阳光干扰、恶劣的气象条件等。
因此，星敏感器的抗噪声能力非常重要。
通过合理的信号处理算法和滤波技术，可以有效地降低星敏感器受到的噪声干扰，从而提高姿态控制的精确度。
3. 星敏感器的快速响应能力：航天器在运行过程中可能会面临各种突发情况或异常状况，需要快速调整姿态以应对。
因此，星敏感器的快速响应能力也是辅助设计中需要考虑的因素之一。
快速响应能力包括星敏感器的数据处理速度、信号传输速度和姿态控制系统的响应速度。
通过合理的星敏感器辅助设计，可以实现对航天器姿态的精确控制。
航天器在不同任务中需要保持特定的姿态，比如对地观测、轨道保持以及目标对接等。
CMOS星敏感器卫星姿态定位系统设计(精)
华中科技大学硕士学位论文CMOS星敏感器卫星姿态定位系统设计姓名:尹智科申请学位级别:硕士专业:模式识别与智能系统指导教师:陈朝阳20060510摘要星敏感器是一种高精度的姿态敏感器,广泛应用于卫星、空间站、远程弹道导弹、巡航导弹以及深空探测等的姿态测量。
本文以实际的项目开发为背景,设计了可用于卫星上的姿态定位及导航的CMOS 星敏感器原理样机。
该系统采用宇航级 CMOS 的图像传感器 STAR250捕获星图,采用 Altera 的 CPLD 实现对图像传感器的驱动控制以及星图数据的预处理, 并用 ARM9处理器作为系统的主控处理器。
CMOS 星敏感器原理样机可以实时获取星空图像,并且与预存在系统中的星图相匹配,从而确定卫星成像系统当前光轴指向。
研究工作的主要内容是原理样机硬件系统设计、调试和整个系统的仿真实验。
工作重点在于 ARM 微处理器系统设计、 STAR250接口电路设计,以及以 CPLD 对实时星空图像进行预处理设计等。
CPLD 内部通过模块化方式的编程,有效提高系统结构的灵活性。
硬件系统的设计方案具有低成本、小型化和高效率的特点。
文章最后,给出了原理样机的设计过程,该样机重 550g ,不含镜头 255g ,通过三块电路板层叠的方式减小所占空间面积。
通过实验及结果分析,该样机实现了很高的匹配率,能够满足卫星上的姿态定位要求,是一种低成本、高可靠性的姿态定位设备。
关键词:CMOS 星敏感器; CPLD ; ARM9;嵌入式系统AbsrtactStar sensor is a kind of high precision optic sensor widely used for attitude determination in spacecrafts, secondary planet, long-distance guided missile, cruise missile and other space attitude measurement.This paper background of a real project development, discuss a CMOS Star Sensor system design which can be used on moonlet and other spacecrafts as embedded attitude determination device. This system use a CMOS image sensor STAR250 to get image of stars. CPLD for device driver and preprocess, and make the ARM9 processor as host MCU. The ARM9 processor use stars matching arithmetic and other software methods to get the attitude information and translate it to the center controller of spacecraft.The main job of project research is system design for the sample CMOS star sensor, driver design for STAR250, and use CPLD implement preprocess of the star image. AS a attitude determine device on secondary planet, it has relative strict requirement. ARM series processor has many profits of low power, low consume, high integration and expansibility very suit for space usage. On the other hand, more than 200MHz frequency guarantee the real time process of stars image. STAR250 as a CMOS image sensor don’t support IIC and other standard interface, So we use an Altera 10,000 gates CPLD implement device driver of STAR250 as well as preprocess of stars image and interface to processor system. Throw modularization program and provide host interface to ARM make the system more flexibility and maneuverability.At last, via experiment and analysis star image, this embedded CMOS star sensor device has benefits of high precision, miniaturization, low cost and low power, and very suit for space usage.Keywords : CMOS Star Sensor; CPLD ; ARM9; Embedded system独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
弹载星敏感器原理及系统应用
弹载星敏感器原理及系统应用引言：弹载星敏感器是一种用于弹道导弹和卫星之间进行星载传感器测试和校准的设备。
它通过收集和分析卫星发射的星光，在导弹的飞行过程中提供准确的导航和定位信息。
本文将介绍弹载星敏感器的原理和系统应用。
一、弹载星敏感器原理弹载星敏感器的工作原理基于光学技术。
它由一个光学系统、一个探测器和一个信号处理单元组成。
在导弹发射前，弹载星敏感器被安装在导弹的头部，以确保其能够在飞行过程中稳定地接收星光信号。
1. 光学系统：光学系统是弹载星敏感器的核心部分，它由透镜、滤光片和其他光学元件组成。
透镜用于聚焦星光信号，滤光片则用于滤除非目标波长的光源，以保证测量的准确性。
2. 探测器：探测器是弹载星敏感器的核心组件，负责将接收到的光信号转化为电信号。
常用的探测器有光电二极管和光电倍增管。
探测器根据接收到的光信号的强度和频率，产生相应的电信号。
3. 信号处理：弹载星敏感器的信号处理单元对探测器输出的电信号进行处理和分析。
它可以测量星光信号的强度、频率和相位等信息，并将这些信息转化为导弹的导航和定位数据。
二、弹载星敏感器系统应用弹载星敏感器在军事和航天领域有着广泛的应用。
以下是其中的几个方面：1. 导航和定位：弹载星敏感器可以通过测量接收到的星光信号，提供导弹的准确导航和定位信息。
通过与卫星系统的配合，可以实现导弹的精确打击目标。
2. 弹道测试和校准：弹载星敏感器可以用于弹道导弹的测试和校准。
在导弹发射前，通过对星光信号的测量和分析，可以评估导弹的飞行性能，并对导弹进行必要的校准。
3. 卫星测试和校准：弹载星敏感器还可以用于卫星的测试和校准。
在卫星发射前，通过对星光信号的测量和分析，可以评估卫星的性能，并对卫星进行必要的校准。
4. 天文观测：除了军事和航天领域，弹载星敏感器还可以用于天文观测。
它可以通过测量星光信号的强度和频率，研究宇宙中的恒星和行星等天体。
结论：弹载星敏感器是一种重要的光学设备，具有精确测量星光信号的能力。
空间探测器的星敏感器技术研究
空间探测器的星敏感器技术研究在现代航天领域，空间探测器作为人类探索宇宙、地球和各种行星等天体的重要工具之一，承担着重要的科学任务。
而星敏感器技术作为航天领域的核心技术之一，在空间探测器中发挥着至关重要的作用。
本文将着重探讨空间探测器的星敏感器技术研究，从原理、应用以及未来发展等方面进行详细介绍。
星敏感器技术是一种利用星体作为基准点实现空间探测器姿态确定的技术手段。
在航天器的定位控制中，星敏感器可以通过观测特定的星星，以确定航天器的姿态、位置和速度等重要参数。
通过星敏感器技术，航天器可以实现精确的定位和导航，从而确保任务的准确执行。
在空间探测器中，星敏感器通常由光学望远镜、星敏感器探测器和星场处理器等组成。
光学望远镜主要用于观测星体，星敏感器探测器则负责将星体转换成电信号，星场处理器则对电信号进行处理，最终确定航天器的姿态。
这样的系统设计可以有效提高空间探测器的精度和稳定性，确保其顺利完成任务。
在实际应用中，星敏感器技术在空间探测器的姿态确定、太阳、地球、近地天体等成像、精确定位和空间测绘等方面发挥着重要作用。
例如，在地球遥感卫星中，星敏感器技术可以帮助卫星实现高精度成像，对地球资源进行调查和监测。
在月球探测器中，星敏感器技术可以帮助探测器精确确定自身位置，避免碰撞或意外发生。
未来，随着航天技术的不断发展，星敏感器技术也将迎来更加广阔的应用前景。
随着空间探测器任务的不断拓展，对星敏感器技术的要求也将不断提升。
科研人员将继续深入研究星敏感器技术，提高其精度和稳定性，以满足未来空间探测器对高精度定位和导航的需求。
总的来说，空间探测器的星敏感器技术是航天领域中不可或缺的重要技术之一，具有广阔的应用前景和发展空间。
通过对星敏感器技术的深入研究和不断创新，我们相信在未来的航天领域中，星敏感器技术将会展现出更加广阔的发展前景，为人类探索宇宙和地球带来更多的科学成果和技术成就。
星敏感器标定方法的研究现状与发展趋势
要 ：星 敏感 器 作为 …种 高精 度 的空 间姿 态 光学 敏感 器 ，在航天 领域得 到 了广 泛而 深入 的应 用 。随着 我闻航 火求
业的迅 猛发 展 ，提 出 了甚高姿 态 测量精 度 卫星 的研 制 ，其定位 装置 是通 过星敏 感 器 实现 的 由此对 ‘ 丁星敏 感器
标定 的要求 也越 来越 高 。本 文介 绍 了星敏 感器 的发 展现状 及其 标 定方法 ，柄 定方 法 也插地 ㈨ 定相 Ｊ 标定 主要通 过星 模拟 器等 对星 敏 感器 做标 定和 功 能榆洲 ，而 ： 定 则通过 卯 浊 ｆｒ殷 ． 施 轨 ． 『ｅ ｊ 有代 表性 的高ｊ 度 星敏 感器 地面 标 定的方 法和 殴备 ，摊 ¨符 ｛ｌ 法并 比较 优 ｝ ｉ ！ ｝ ’ ｆ Ｉ ｛ 方 址 ｝ ｊ 、 ｛４ １ 上、 Ｉ ， Ｊ 、 儿． ｉ… Ｊ ｆ
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第３ 卷 第４ ３ 期 ２ １年 ｌ 月 ００ ２
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星敏感器技术研究现状及发展趋势
PART TWO
国内研究现状：主要集中在光学、红外、微波等方向，取得了一定的成果
国外研究现状：技术较为成熟，主要集中在光学、红外、微波等方向，具有较高的技术 水平
发展趋势：未来星敏感器技术将向高精度、高灵敏度、高可靠性方向发展
挑战与机遇：面临技术瓶颈、市场竞争等挑战，同时也存在巨大的市场机遇和发展空间
添加标题
发展趋势：星敏感器技术在深空探测、导航定位等领域具有广阔的应用前景
星敏感器技术在航天领域的应用 星敏感器技术的精度和稳定性 星敏感器技术的小型化和轻量化 星敏感器技术的抗干扰能力
PART THREE
技术进步：星敏 感器技术不断进 步，精度和稳定 性不断提高
应用领域：星敏 感器技术在航天、 航空、航海等领 域的应用越来越 广泛
星敏感器技术发展趋势：智能化、自主化 智能化：通过人工智能技术提高星敏感器的智能化水平 自主化：通过自主研发技术提高星敏感器的自主化水平 探索方向：智能化、自主化在星敏感器技术中的应用和研究
微型化：星敏感 器技术朝着小型 化、轻量化方向 发展，以满足航 天器对体积和重
量的要求
低成本化：星 敏感器技术追 求降低成本， 以提高其在商 业航天领域的
添加标题
研究团队：美国NASA、欧洲航天局、中国航天科技集团等
添加标题
主要成果：美国NASA的星敏感器技术在火星探测任务中应用，欧洲航天局的星敏感器技术在伽利略导航 系统中应用，中国航天科技集团的星敏感器技术在嫦娥四号任务中应用
添加标题
研究进展：星敏感器技术在精度、稳定性、可靠性等方面取得了显著进展
市场需求：用户 对星敏感器技术 的需求不断提高， 推动了技术的发 展
卫星星敏感器在遥感影像处理中的应用研究
卫星星敏感器在遥感影像处理中的应用研究遥感技术是一项利用卫星、飞机等远距离传感器获取地球表面信息的技术。
随着卫星技术的不断发展，卫星星敏感器在遥感影像处理中的应用也越来越广泛。
本文将研究卫星星敏感器在遥感影像处理中的应用，探讨其优势和存在的挑战。
一、卫星星敏感器的作用卫星星敏感器是指搭载于卫星上的感光元件，通过接收地球表面反射、散射、辐射等信息，获取高分辨率的遥感影像。
星载传感器可以将地球表面的信息转化为数字信号，供后续的遥感影像处理和分析使用。
卫星星敏感器的主要作用有以下几个方面：1. 高分辨率图像获取：卫星星敏感器具备高分辨率的特点，可以获取细节丰富的地球表面图像。
2. 大范围监测：卫星可以覆盖广大的区域，通过卫星星敏感器获取的遥感影像可以实现大范围的监测和分析。
3. 定期观测：卫星可以按照既定的计划进行定期观测，获取连续的遥感影像，可以用于长期的环境变化监测。
4. 多波段获取：卫星星敏感器可以获取多个波段的遥感影像，不仅可以看到可见光照射下的图像，还可以获取红外、短波红外等不同波段的信息。
二、星敏感器在遥感影像处理中的应用卫星星敏感器广泛应用于遥感影像处理的多个领域。
以下是一些常见的应用：1. 环境监测：星敏感器可以获取大范围的遥感影像，用于环境监测。
例如，可以使用红外波段的遥感影像来监测植被覆盖的情况，以及土地利用和土地变化情况。
同时，卫星星敏感器还可以用于检测水体污染、土壤质量等环境因素。
2. 农业管理：利用卫星星敏感器获取的遥感影像，可以实现精准农业管理。
通过分析影像中的植被指数等参数，可以帮助农民了解农作物生长情况、施肥水平等信息，提高农作物的产量和质量。
此外，星敏感器还可以监测土壤湿度和作物病虫害等因素，帮助农民做出科学决策。
3. 地质勘探：卫星星敏感器可以获取大范围的高分辨率遥感影像，对地质勘探具有重要作用。
通过分析影像中的地形、岩性等信息，可以帮助地质学家寻找矿产资源、确定地下水资源等。
星敏感器国内外研究现状
星敏感器国外研究现状国外星敏感器研究及应用已有近50年的时间。
到目前为止，至少有三代产品在航天器上得到应用。
第一代为星跟踪器，多采用光电倍增管之类光电元件作为敏感元件；第二代为星图仪式星敏感器，采用电荷耦合器CCD作为敏感元件，以中低性能的CPU为处理器，采用局部天区恒星识别算法；第三代星敏感器相对于第二代的主要进步在于采用了高分辨率成像元件和高性能处理器，提高了姿态确定精度和数据处理速度，增加了自主全天恒星识别功能，同时敏感器的体积、质量和功耗也有大幅度降低。
表1为国外部分星敏感器指标。
表1 国外部分星敏感器指标质量功耗测量精度数据更新率国别厂家及产品名称美国HDOS公司 2.7kg 11w 24"10Hz3kg 8.5w 15"(3σ)10Hz 法国SODERN公司SED261.5kg 7.6w 1",9"(1σ)1Hz丹麦丹麦理工大学ASC意大利GA公司A-STR 3.05kg 10w 12",27"(3σ)10Hz20世纪90年代初，随着大规模集成电路技术和CMOS加工工艺技术的日趋成熟，出现了采用CMOS工艺的动态像元星敏感器APS。
目前欧美一些机构已率先开始采用APS作为探测元件，研制体积更小、功耗更低的星敏感器。
欧空局的小卫星姿态敏感器项目就是为了促进和试验小型化姿态敏感器的一些新项目，其中采用了512×512动态像元敏感器（APS）、高集成度多芯片模块（MCM）电路等。
其试验模型仅重270g，体积约为62mm×53mm×53mm（未计及盖子和处理器部件），功耗2.4w（带处理器时增加到5w）。
实验证实，该星跟踪器当更新速率为10Hz 时，在20°×20°视场中对5等星的测量精度和噪声等效角都优于1"(2σ)。
这类新型星敏感器正代表了现代星敏感器不断小型化、轻型化、低功耗、高实时性的发展趋势，特别是在减少体积、重量、功耗方面，有了重大飞跃。
弹载星敏感器原理及系统应用
弹载星敏感器原理及系统应用弹载星敏感器是一种安装在弹头上的传感器装置，用于探测和感知目标。
其原理是通过光学、红外、雷达等技术来收集、处理和传输目标信息。
其中，光学星敏感器利用星体发出的自然光作为目标探测，通过摄像机来捕捉并图像处理，识别星体的位置和姿态，并通过算法确定目标的位置、运动状态等信息。
红外星敏感器则通过感知目标辐射的红外辐射能量来探测目标，利用红外相机来收集红外图像，并通过红外图像处理来实现目标的识别和跟踪。
雷达星敏感器则利用雷达波来检测和感知目标，通过发射和接收雷达波来分析目标的位置、距离、速度等信息。
弹载星敏感器的应用非常广泛，包括导弹制导、火炮控制、防空拦截等领域。
在导弹制导中，弹载星敏感器可以帮助导弹锁定和追踪目标，实现精确打击；在火炮控制中，弹载星敏感器可以用于瞄准目标、调整炮口方向和射击角度；在防空拦截中，弹载星敏感器可以帮助拦截导弹和飞机等空中目标。
此外，弹载星敏感器还可以用于侦查、侦察和目标跟踪等任务。
弹载星敏感器在系统应用中具有以下几个方面的重要作用：1. 目标探测和识别：弹载星敏感器能够通过图像处理和目标识别算法，对目标进行探测和识别。
无论是使用光学、红外还是雷达技术，弹载星敏感器都能够帮助系统准确定位和识别目标，为后续的制导和打击提供精确的目标信息。
2. 姿态估计和指引：弹载星敏感器通过捕捉目标的位置、运动状态和姿态等信息，可以进行精确的姿态估计。
这对于导弹和火炮等系统来说至关重要，因为它们需要根据目标的姿态来调整其自身的姿态和航向，以确保击中目标。
3. 制导和打击精度提高：弹载星敏感器的目标探测和姿态估计功能，可以大大提高制导和打击的精度。
通过实时获取目标的位置和姿态信息，系统可以根据目标轨迹和运动状态进行精确的制导和打击，从而提高打击成功率。
4. 实时监测和调整：弹载星敏感器能够实时监测目标的位置和状态变化，并将这些信息传输到系统中进行实时的调整和决策。
例如，在导弹制导中，弹载星敏感器可以不断更新目标的位置和姿态信息，以便导弹能够根据目标的动态变化进行及时的调整和追踪。
星敏感器技术研究现状及发展趋势
根据应用环境的不同，星敏感器主要分为弹 载星敏感器和星载星敏感器两类。 ２．１ 国外弹载星敏感器技术发展历程
星敏感器通过跟踪视场内某一固定的恒星实 现对飞机和导弹的制导，此类星敏感器可以称为 弹载星敏感器。弹载星敏感器通过校正弹载惯性 导航系统误差，形成弹载惯性 ／天文组合导航系 统，提高导弹的导航精度。其中典型代表是法国 ＳＯＤＥＲＮ公司研制的 ＳＥＤ２０星敏感器，如图 １所
表 １ ＡＳＴＲＯ星敏感器性能参数 Ｔａｂ．１ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ
ＡＳＴＲＯＳｓｔａｒｔｒａｃｋｅｒ
参数
视场（°×°） 敏感星等（Ｍｖ） 精度（ａｒｃｓｅｃ）Ｐ／Ｙ，Ｒ 姿态更新频率 ／Ｈｚ
质量 ／ｋｇ 功耗 ／Ｗ
ＡＳＴＲＯＳ
２．２×３．３ ８．２
４，５０（３σ） ６ ４１ ４３
星载星 敏 感 器 指 应 用 于 卫 星 平 台 的 星 敏 感 器，截止到目前经历了 ３个阶段的发展历程。第 一代星载星敏感器是在 ＣＣＤ图像传感器研制成 功后出现的 ＣＣＤ星敏感器，典型的代表美国喷气 动力试验室 （ＪＰＬ）研制的 ＡＳＴＲＯＳ星敏感器，其 主要性能参见表 １。此时的星敏感器成功解决了
恒星敏感器
恒星敏感器
张辉
【期刊名称】《河池学院学报》
【年(卷),期】2004(024)004
【摘要】恒星敏感器是目前航天器用于确定姿态的最先进的空间姿态敏感器之一.综述了恒星敏感器的组成、工作原理及国内外发展近况,并简要介绍了其未来的发展趋势.
【总页数】3页(P54-56)
【作者】张辉
【作者单位】中国科学院,研究生院,光电技术研究所,四川,成都,610209
【正文语种】中文
【中图分类】V448.22
【相关文献】
1.基于恒星矢量差分的星敏感器星跟踪算法研究 [J], 金荷;毛晓楠;孙少勇;刘露;胡雄超
2.带有恒星自行校正的星敏感器定姿 [J], 李欣璐;杨进华;张刘;金光
3.一种基于恒星分布的星敏感器导航星库制作方法 [J], 叶志龙;孙朔冬;陈纾;吴迪;武斌
4.一种基于恒星分布的星敏感器导航星库制作方法 [J], 叶志龙;孙朔冬;陈纾;吴迪;武斌;;;;;;;;;;
5.地球/恒星敏感器共焦面自主导航方法与系统设计 [J], 吴洪波;张新;王灵杰;史广维;张建萍
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卫星姿态敏感器的现状及发展趋势
卫星系统与控制课程论文卫星姿态敏感器的现状及发展趋势姓名：包宇洋学院：信息学院测量航天器的姿态，有各种测量部件组成。
通常用的有太阳敏感器、红外地球敏感器、速率陀螺、星敏感器等。
不同的测量部件可组成不同的测量系统，达到不同的测量精度。
卫星姿态敏感器的任务是对姿态测量部件所测得的信息进行处理，得出卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的姿态。
本文将分析卫星姿态传感器的现状，讨论不同类型、不同制造工艺下的卫星姿态传感器的特点与技术参数，给出不同姿态传感器的优缺点以及适用环境，并对卫星姿态传感器的发展趋势做出预测，探讨新方法新工艺对于卫星姿态传感器的影响与推动作用。
关键词：卫星；姿态传感器；发展趋势第一章绪论 (4)1.1.概述 (4)1.2.本文的章节安排 (5)第二章卫星姿态敏感器 (6)2.1.卫星姿态敏感器简介 (6)2.2.磁强计 (6)2.3.地球敏感器 (6)2.4.太阳敏感器 (7)2.5.星敏感器 (8)2.6.陀螺 (9)第三章卫星姿态敏感器的发展趋势 (11)3.1.宇宙环境 (11)3.2.空间环境效应 (13)3.3.宇宙环境对于传感器的影响 (14)3.4.传感器的发展趋势 (14)第四章我国卫星姿态敏感器的发展 (20)4.1.我国卫星姿态敏感器的发展 (20)4.2.各种陀螺仪未来的发展趋势状况分析 (21)4.3.未来发展重点 (22)第五章总结 (24)第一章绪论1.1.概述1957年10月4日。
苏联宣布成功地把世界上第一颗绕地球运行的人造卫星送入轨道。
随后人造卫星工业不断发展，取得了长足的进步。
人造卫星，环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器。
人造卫星基本按照天体力学规律绕地球运动，但因在不同的轨道上受非球形地球引力场、大气阻力、太阳引力、月球引力和光压的影响，实际运动情况非常复杂。
人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。
人造卫星发射数量约占航天器发射总数的90%以上。
三视场星敏感器的研究
三视场星敏感器的研究【摘要】对三视场星敏感器的软、硬件进行了研究。
本设计采用FPGA+ DSP 的构架模式，完成整个系统的资源调度、时序控制、质心提取，及星点信息融合。
本文针对多天体星空观测的需求及其特殊性，阐述三视场卫星姿态确定的数据处理单元及软件设计方案。
【关键词】多视场；DSP+FPGA；星敏感器；数据单元；软件方案1.引言星敏感器是一种高精度、高可靠性的姿态测量部件，是卫星姿态轨道控制系统的重要组成部分。
随着航天技术的发展，对卫星姿态及导航精度的要求也在不断提高，传统的单视场、小视场、大功耗的星敏感器已经不能满足卫星多任务、高精度、高可靠性的要求，而逐渐向多视场、低功耗、抗辐射及微型化发展。
本设计对三视场、小型化、高精度星敏感器进行研究。
2.三视场星敏感器工作原理本设计在单视场星敏感器工作的基础上，将单视场扩展为三视场。
三视场星敏感器通对恒星、地球、月球图像的采集、处理及各路图像信息融合，最后输出卫星的姿态和在空间中的位置信息。
三视场星敏感器是在软硬件结合的基础上通过图像采集单元、图像处理单元及位置和姿态计算单元实现卫星的姿态调整和空间定位的。
2.1 单视场星敏感器的工作原理恒星图像通过光学系统成像在CCD（或CMOS）光敏面上，信号检测线路将恒星光能转换成模拟信号，模拟信号处理单元对其进行放大、滤波、整形等处理后，由模数转换单元对其进行模数转换和数据采集，数据处理单元对数字化后的星图进行处理，星识别软件对星图中的星按匹配方法构造匹配模式，与导航星库中的已有模式进行匹配、处理，形成观测星与导航星的唯一匹配星对。
利用匹配星对，姿态计算软件通过姿态计算方法确定星敏感器光轴在惯性空间中的指向，最后由此指向及星敏感器与卫星本体的安装角就可以完成卫星三轴瞬时姿态的测量，通过姿态预测算法预测卫星的下一姿态并进行姿态控制。
当然，为保证得到更可靠的姿态和位置信息，卫星的姿态控制单元也有来自陀螺、磁强计等其他姿态敏感器的姿态信号。
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星敏感器基本原理及研究现状与发展趋势0 引言星敏感器是以恒星为参照系，以星空为工作对象的高精度空间姿态测量装置，通过探测天球上不同位置的恒星并进行解算，为卫星、洲际战略导弹、宇航飞船等航空航天飞行器提供准确的空间方位和基准，并且与惯性陀螺一样都具有自主导航能力，具有重要的应用价值。
星敏感器的研究发展与应用已历经半个多世纪，随着新材料，新器件的出现和工艺技术的进步，精度提高，功耗减小，成本降低，应用领域日益广泛的新型星敏感器不断推出。
因此，及时收集整理分析比较国外星敏感器的信息，有利于国内有关姿态测量控制技术的发展。
1 星敏感器研究现状1.1 应用于卫星等空间飞行器的星敏感器星敏感器空间适用性好，且成本较高，因此传统上多用于卫星等空间飞行器的定姿。
1.1.1 基于CCD图像传感器的星敏感器电荷耦合器件(CCD)体积小，重量轻，功耗低，耐冲击，可靠性高，像元尺寸及位置固定，对磁场不敏感，适合空间应用需要，自70年代中期美国率先研发出基于CCD的星敏感器后，一直作为主流的图像传感器应用于星敏感器。
（1）德国Jena-Optronik 的ASTRO 系列该公司的第一款星敏感器是ASTRO 1，1984 年研制，1989年应用于MIR(和平)空间站上。
其后的ASTRO 5是全自主星敏感器，重量轻、功耗小、价格便宜，但横滚轴精度较差，需要两枚同时工作以提高精度。
ASTRO 10 为分体式结构，电子模块与光敏模块分离，主要应用于近地轨道的各类卫星(SAR-Lupe，TerraSAR，DARPA’s Orbital Express,我国的HJ-1 与FY-3等)。
ASTRO 10 集高精度低功耗低重量低成本等优点于一身，是全自主式星敏感器。
主要特点是：内置星表，无须先验知识定姿，遮光罩的遮光角可以自定。
自主温控或者由飞行器控制。
电子模块和敏感器头部相互独立，依靠电缆连接，便于在飞行器上的安装与调整。
电子接口可选。
可靠性高，在轨寿命长，抗辐射性能好。
ASTRO 15 (图1)是Jena-Optronik目前最先进的自主式星敏感器，具有高度的可靠性、耐用性和广泛的适用性。
被波音公司选定为Boeing 702 platform卫星的标准配置。
同ASTRO 10相比，ASTRO 15 尺寸重量增大，视场基本不变，观星能力增强，单星精度提高，定姿时间缩短。
图1ASTRO 15 星敏感器（2）法国SODERN的星敏感器SED12 是SODERN 公司第一款CCD 星敏感器，自1989年在苏联GRANAT上使用以来10年无故障，三倍于设计寿命。
1997 年开始研制的SED 16于2001 年5 月随SPOT5 卫星首飞成功，SED16 可用于地球观察、科学探测、深空探测、地球同步轨道、ISS cargo 等多种任务，现在大量被客户采购。
SED26(图2)是SED16的ITAR (国际军品贸易条例)的自由版本。
同样是多用途、全自主，可提供三轴姿态和载体运动角速度的星敏感器。
图2SED26 星敏感器（无遮光罩）最新的SED36 是专门为Pléiades 卫星提供高姿态精度的星敏感器，设计源自SED26，使用同样的子部件，优化了热-机械设计，对光学畸变进行了精确的校正，升级了星表，增加了导航星数目。
一体结构改为分体结构，以增强散热。
（3）美国Lockheed Martin 的AST-301[1]AST-301（图3）作为主要的姿态传感器应用在JPL 2003 年1 月发射的空间红外望远镜装置(SIRTF)上。
为实现SIRTF 的要求，使用两个冗余AST-301自主式星敏感器。
可以 2 Hz 的频率输出姿态四元数，X/Y，Z 轴精度分别达到0.18/0.18 arcsec, 5.1arcsec，优于AST-201星敏感器5.5倍。
图3AST-301 星敏感器AST-301使用ACT星表，71，830颗导航星，星图的质心算法提高到1/50像素的水平，并优化姿态估算。
使用自主式延时积分（TDI）完成X轴向的图像移动补偿，防止由于飞行器的运动造成的精度降低。
Y轴向使用图像移动调节(IMA)处理图像拖尾，使合成图像信噪比最大，这样可以在0.42 °/s的速度下做到精确跟踪。
没有任何先验信息的条件下，全天任何地方 3 s 内成功获得姿态的概率为99.98%。
（4）其他基于CCD 传感器的星敏感器除上面介绍的以外，丹麦技术大学(DTU)，意大利伽利略，美国Ball，英国萨里(SSTL)，俄国空间研究院等机构在星敏感器研发领域都处于领先的地位，这里不作详细描述，仅将各个型号的CCD星敏感器的主要参数列表如下：表1 基于CCD的星敏感器性能参数列表Company Star sensor Mass/kgPower/WAccuracy(arcsec) 1σ P/Y，RUpdate rate/HzFOV/(°)Sensitivity/MvSlew Rate/(°)s-1Germany ASTRO5 1.5 5 5，40 2~10 14.9×14.9 6.0 0.7(10Hz) Jena-Optronik ASTRO10 3.1 <14.5 2，15 8 17.6×13.5 6.0 0.6~1.0 ASTRO15 6.0 <24 1，10 4 13.3×13.3 6.5 0.3~2.0 France SED16/26 3.3 8.5 3，15(3σ,LFE)1~10 17×17 <10 SODERN SED36 3.7 8.4 1，6(3σ,LFE)<8 <10 Denmark DTU ASC[2] 1.2 8 1，8 1 22×16 1.2 USA Ball CT-601 7.8 8~12 3 10 8×8 1.0~6.0 0.3~1.5 HAST[3]0.2(<1(°)/s) 2 8.8×8.8 5.5 0~4 USA HDOS HD1003[4] 3.9 10 2，40 10 8×8 6.5LockheedMartinAST-301 7.1 18 0.18,5.1(pair) 2 5×5 0.42 Italy Galileo A-STR 3.0 13.5 9，95(3σ, 0.5(°)/s)10 16.4×16.4 1.5~5.5 0.5~2.0 U.K. SSTL Altair-HB 1.8 2.8 15，50 1 15.7×10.5 6.0 0.5 DenmarkTermaHE-5AS 3.0 7 1，5 <4 22×22 6.2 0.5~2.0 Russia SRI ofRASBOKZ-MF 1.8 8 5，12 1 2.01.1.2 基于CMOS APS 的星敏感器有源型CMOS图像传感器，是上世纪90年代美国JPL 研发的一种CMOS图像传感器。
与CCD 星敏感器相比，APS 星敏感器具有明显的不同，主要表现为：较宽的视场(20°×20°)。
大的视场有更多的较亮的导航星，星敏感器星等阈值可以降低、光学部分的重量减轻、导航星表的容量减少。
采用CMOS图像传感器。
CMOS 图像传感器把光敏阵列、驱动和控制电路、模拟信号处理电路、存储器、A/D 转换器、全数字接口电路等完全集成在一起，实现单芯片数字成像系统，并且是单电压电源供电，它具有极低的功耗、数据可重复性读出方式，减少了系统噪声[5]。
APS图像传感器具随机窗口读取能力，这种能力简化了接口，使系统小型化。
单片ASIC(特殊用途集成电路)集成了星敏感器所有功能，芯片集成了I2C 总线接口、快速的像心提取逻辑、微处理器(8051)、存储器等等，使星敏感器的体积减小、功耗降低。
APS 星敏感器硬件系统得以简化，避免了电荷转移效率的限制，具有更好的抗辐射能力。
由于像元结构集成了多个功能晶体管的原因，CMOS图像传感器暗电流，固定模式噪声和响应不均匀性较高，并且较低的填充率直接影响亚像元插分精度。
以图4所示AeroAstroMiniature Star Tracker(MST)为例，使用Fillfactory 的STAR1000 CMOS 图像传感器，尺寸很小，重300 g，功耗2 W，成本很低，但精度稍差，为70 arcsec(3σ)。
为研制更小型、更低功耗的星敏感器，国际上的主要星敏感器供应商都在积极研究基于CMOS 图像传感器的星敏感器及其相关技术，并已取得实用化成果。
表2 为各种APS 星敏感器的性能比较。
表2 几种APS星敏感器的性能Company Star sensor Mass/kgPower/WAccuracy(arcsec) 1σ P/Y，RUpdate rate/HzFOV/(°)Sensitivity/MvSlew Rate/(°)s-1Jena-Optronik ASTRO APS 1.8 6 2，15 10 20(cone) 5.8 0.3~5 SODERN HYDRO 2.2 12 1.4，9.8(1.0(°)/s) 1~30 <10 JPL MAST[6]0.042 0.069 7.5，50 20×20 5.4Galileo Avionica AA-STR 1.425 4~7 12，100(2σ)10 20(cone) 5.4 <4 ESA ASC0SS 0.31 2.4 30，10 20×20 5.0 AeroAstro MST 0.3 2 70（3σ） 1 30(cone) 4 <101.2 应用于科学实验气球的星敏感器作为星敏感器的一种，星相机常用于科学试验气球的精确定位。
通常，实验气球工作的40 km 海拔处仍有较为明亮的天空背景。
因此，气球用星相机要成为自主式姿态敏感器，就要解决白天观星的问题[7]。
Balloon-borne Large-ApertureSubmillimeter Telescope(BLAST)的空中精确定位就使用了一对冗余的星相机ISC 和OSC。
其白天观星是通过选用大口径长焦距的镜头以及适当波长的红光滤光片，配合4 英尺长的遮光罩解决的，冗余星相机保证了太阳在任何方向都可观星。
2005 年，BLAST 在瑞典基律纳成功飞行 4 天，证实了在典型的白天条件下，ISC 可提供绝对精度<5″, 输出频率 1 Hz 的实时定位。
High Energy Replicated Optics (HERO)[8]实验也使用了星相机进行定位。