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基于CCD 圖像傳感器的星敏感器 - 國外星敏感器現狀

2017年11月17日 11:07 網絡整理 作者: 用戶評論(0

  基于CCD 圖像傳感器的星敏感器

  電荷耦合器件(CCD)體積小,重量輕,功耗低,耐沖擊,可靠性高,像元尺寸及位置固定,對磁場不敏感,適合空間應用需要,自70年代中期美國率先研發出基于CCD的星敏感器后,一直作為主流的圖像傳感器應用于星敏感器。

 ?。?)德國 Jena-Optronik 的 ASTRO 系列

  該公司的第一款星敏感器是 ASTRO 1,1984 年研制,1989年應用于MIR(和平)空間站上。其后的 ASTRO 5 是全自主星敏感器,重量輕、功耗小、價格便宜,但橫滾軸精度較差,需要兩枚同時工作以提高精度。ASTRO 10 為分體式結構,電子模塊與光敏模塊分離,主要應用于近地軌道的各類衛星(SAR-Lupe,TerraSAR,DARPA’s Orbital Express,我國的 HJ-1 與 FY-3 等)。ASTRO 10 集高精度低功耗低重量低成本等優點于一身,是全自主式星敏感器。

  主要特點是:內置星表,無須先驗知識定姿,遮光罩的遮光角可以自定。自主溫控或者由飛行器控制。電子模塊和敏感器頭部相互獨立,依靠電纜連接,便于在飛行器上的安裝與調整。電子接口可選??煽啃愿撸谲墘勖L,抗輻射性能好。ASTRO 15 (圖 1)是 Jena-Optronik 目前最先進的自主式星敏感器,具有高度的可靠性、耐用性和廣泛的適用性。被波音公司選定為 Boeing 702 platform 衛星的標準配置。同 ASTRO 10 相比,ASTRO 15 尺寸重量增大,視場基本不變,觀星能力增強,單星精度提高,定姿時間縮短。

  

  圖 1 ASTRO 15 星敏感器

 ?。?)法國SODERN的星敏感器

  SED12 是 SODERN 公司第一款 CCD 星敏感器,自 1989 年在蘇聯 GRANAT 上使用以來 10 年無故障,三倍于設計壽命。1997 年開始研制的 SED 16 于 2001 年 5 月隨 SPOT5 衛星首飛成功,SED16 可用于地球觀察、科學探測、深空探測、地球同步軌道、ISS cargo 等多種任務,現在大量被客戶采購。

  SED26(圖 2)是 SED16 的 ITAR (國際軍品貿易條例)的自由版本。同樣是多用途、全自主,可提供三軸姿態和載體運動角速度的星敏感器。

  最新的 SED36 是專門為 Pléiades 衛星提供高姿態精度的星敏感器,設計源自SED26,使用同樣的子部件,優化了熱-機械設計,對光學畸變進行了精確的校正,升級了星表,增加了導航星數目。一體結構改為分體結構,以增強散熱。

  

  圖 2 SED26 星敏感器(無遮光罩)

 ?。?)美國 Lockheed Martin 的 AST-301

  AST-301(圖 3)作為主要的姿態傳感器應用在 JPL 2003 年 1 月發射的空間紅外望遠鏡裝置(SIRTF) 上。為實現 SIRTF 的要求,使用兩個冗余 AST-301 自主式星敏感器。可以 2 Hz 的頻率輸出姿態四元數,X/Y,Z 軸精度分別達到 0.18/0.18 arcsec, 5.1arcsec, 優于 AST-201 星敏感器 5.5 倍。

  AST-301 使用 ACT 星表,71,830 顆導航星,星圖的質心算法提高到 1/50像素的水平,并優化姿態估算。使用自主式延時積分(TDI)完成 X 軸向的圖像移動補償,防止由于飛行器的運動造成的精度降低。Y 軸向使用圖像移動調節(IMA)處理圖像拖尾,使合成圖像信噪比最大,這樣可以在 0.42 °/s 的速度下做到精確跟蹤。沒有任何先驗信息的條件下,全天任何地方 3 s 內成功獲得姿態的概率為 99.98%。

  

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( 發表人:陳翠 )

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