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多曝光星敏感器的全运动参数建模及优化设计

于文波 武佩 宣传忠 张春慧 江洁

于文波, 武佩, 宣传忠, 等 . 多曝光星敏感器的全运动参数建模及优化设计[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(10): 2006-2012. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0364
引用本文: 于文波, 武佩, 宣传忠, 等 . 多曝光星敏感器的全运动参数建模及优化设计[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(10): 2006-2012. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0364
YU Wenbo, WU Pei, XUAN Chuanzhong, et al. Complete motion parameters modeling and optimization design of multiexposure star tracker[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(10): 2006-2012. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0364(in Chinese)
Citation: YU Wenbo, WU Pei, XUAN Chuanzhong, et al. Complete motion parameters modeling and optimization design of multiexposure star tracker[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(10): 2006-2012. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0364(in Chinese)

多曝光星敏感器的全运动参数建模及优化设计

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0364
基金项目: 

内蒙古农业大学高层次人才引进科研启动项目 NDYB2018-16

国家自然科学基金 62005135

国家自然科学基金 61725501

详细信息
    通讯作者:

    江洁, E-mail: jiangjie@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V448.2

Complete motion parameters modeling and optimization design of multiexposure star tracker

Funds: 

Start Up Project of Introducing High Level Talents in Inner Mongolia Agricultural University NDYB2018-16

National Natural Science Foundation of China 62005135

National Natural Science Foundation of China 61725501

More Information
  • 摘要:

    多曝光成像方法是一种有效提升星敏感器姿态更新率的技术,但该方法随着运动角速度及角加速度增大,相邻星点轨迹的交叉概率显著增大,严重影响其提升性能。为了解决上述问题,建立了基于星敏感器全运动参数的星点成像位置模型,并据此确定了星点在工作周期内的运动位移。根据该模型,对交叉概率与全运动参数、焦距、星点位置等的关系进行了仿真,并确定了全运动参数的极限安全值为角速度ω≤26.4(°)/s,角加速度α≤5(°)/s2。外场观星实验充分验证了所提方法的有效性。

     

  • 图 1  不同曝光工作模式下的星敏感器流水线示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of workflow of star trackers in different exposure modes

    图 2  单颗导航星多曝光成像示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of multiexposure imaging of single guide star

    图 3  交叉概率随角速度ωx变化

    Figure 3.  Cross probability versus angular velocity ωx

    图 4  交叉概率随角加速度αx变化

    Figure 4.  Cross probability versus angular acceleration αx

    图 5  交叉概率随角速度ωz变化

    Figure 5.  Cross probability versus angular velocity ωz

    图 6  交叉概率随角加速度αz变化

    Figure 6.  Cross probability versus angular acceleration αz

    图 7  夜晚外场观星实验装置示意图

    Figure 7.  Night star observation out-field experiment setup

    图 8  不同多曝光次数的成像星图

    Figure 8.  Star images with different multiexposure times

    表  1  星敏感器部分仿真参数

    Table  1.   Part of simulation parameters of star tracker

    参数 数值
    周期Δt/ms 100
    分辨率A×A/(像素×像素) 2 048×2 048
    像素尺寸a×a/(μm×μm) 5.5×5.5
    极限星等(静态)/Mv 6.0
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-28
  • 录用日期:  2020-10-10
  • 网络出版日期:  2021-10-20

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