一、基于CMOS APS的星敏感器技术发展研究（论文文献综述）
何隆东[1]（2021）在《基于卷帘曝光星点校正的星敏感器高更新率测姿算法研究》文中研究表明星敏感器是航天器姿态测量的关键器件,是姿态测量精度最高的敏感器。随着高分辨率对地成像、高精度测绘等空间任务的迅猛发展,传统星敏感器姿态更新率较低（5～20Hz）的问题已然成为制约我国航天领域,尤其是空间遥感技术进步的重要瓶颈。卷帘曝光成像速度快、蕴含运动物体异步时刻位姿信息的特点具有提高姿态更新率的潜力,但卷帘异步曝光存在星点畸变和成像位置偏移的问题。因此,本文针对星敏感器高姿态更新率的迫切需求,提出了一种基于卷帘曝光星点校正的星敏感器高更新率测姿算法。主要工作如下:首先,针对卷帘曝光模式下星敏感器成像的恒星星点由于畸变和位置偏移导致的定位误差增大、姿态精度下降的问题,提出了基于时域约束的星敏感器星点质心校正方法。结合卡尔曼滤波获取最优位置和速度估计,将异步曝光时刻的星点校正到相同时刻,有效的解决了星点畸变和成像位置偏移的问题,提高了成像星点的定位精度和姿态精度。随后,针对星敏感器姿态更新率较低的问题,提出了基于卷帘曝光的高更新率测姿算法。通过精确控制卷帘曝光单帧星图中不同星点的曝光时刻,基于Cquest姿态解算算法,并结合星点校正方法,融合运动姿态递推估计与星点校正后的信息,实现了单帧星图中姿态的多次更新,从而提高姿态更新率。所提方法能够根据图像中星点位置和数量选择姿态更新次数,将星敏感器的姿态更新率提升1～15倍,可达150Hz。基于上述提出的方法,本文完成了系统数值仿真实验,从精度、运动状态、更新率等方面分析了所提方法的性能,最后开展了真实的转台实验以验证方法的有效性,为突破传统星敏感器姿态更新率低的技术壁垒提供了有效解决方案。
张淑芬[2]（2021）在《基于衍射光栅的高精度干涉星敏感器研究》文中提出星敏感器具有安全、可靠性高、精度高和抗干扰性强的优点,在地球遥感、地球测绘、洲际导弹和行星测绘等方面得到了广泛应用。随着航空航天事业的飞速发展以及应用场合的特殊化,要求星敏感器同时具备高精度、大视场、轻小化的性能。由于传统星敏感器精度与视场、体积、质量等性能之间存在相互制约的关系,目前国内外高精度星敏感器视场小、体积大、质量重,而一般传统微型星敏感器虽然实现了大视场,但是测量精度普遍较低,其精度等级较大型星敏感器相差一个量级。干涉星敏感器在传统星敏感器求取质心的基础上,利用星像点的光强信息进一步进行细分,因此突破了质心求取的精度限制,在相同的视场和探测器阵列数下可以获得更高的角度测量精度。在此背景下,本论文开展了基于衍射光栅的高精度干涉星敏感器的研究。首先,对星光场在基于光栅的干涉星敏感器中的传输过程进行了数学建模,并模拟仿真了星光入射角度变化时,探测器所探测到的图像变化,分析了基于光栅的干涉星敏感器精定位及粗精定位结合方法在理论上的可行性;然后,对基于光栅的干涉星敏感器结构进行了设计;最后,搭建实验平台验证基于光栅的干涉星敏感器粗精结合方法在实际应用中的可行性。本论文研究的具体工作如下:第一,利用角谱理论对星光场在基于光栅的干涉星敏感器中的光学传输过程进行数学建模,确定了干涉星敏感器利用光斑质心坐标进行粗定位和利用光斑相对强度进行精定位的方法,并将粗定位与精定位相结合以获取星光入射角度。得出了干涉星敏感器单星测量角分辨率与光栅周期、两块光栅之间的距离及电子学细分倍数有关的结论。模拟仿真了星光入射角度变化时,探测器上所探测到的图像变化,分析了干涉星敏感器精定位及粗精定位结合方法在理论上的可行性。第二,利用光学设计软件ZEMAX对基于光栅干涉的星敏感器结构进行了设计,设计出的干涉星敏感器视场为20°,系统F数为1.77,焦距为70.89mm,实现了单个星体在干涉星敏感器上的四个光斑组成一个紧凑的方形区域,且各光斑在不同视场下的均方根半径都很小,光斑能量分布集中。第三,搭建实验平台,验证基于光栅的干涉星敏感器粗精结合方法在实际应用中的可行性。
李建林[3]（2020）在《大口径折反式星敏感器光学系统设计》文中认为星敏感器是一种用于空间飞行器高精度姿态测量的仪器,光学系统作为其最重要的组成部分,对提高星敏感器对恒星的探测能力至关重要。随着航天技术的发展,空间科学对空间飞行器姿态精度的要求越来越高,需要探测更高星等的恒星以便作为参考目标。为了提高星敏感器的探测能力,要求其光学系统在具有更宽谱段范围和更大入瞳直径的基础上尽量减小畸变和色差。首先,本文介绍了国内外星敏感器及其光学系统的发展趋势。基于星敏感器对恒星的探测需求,分别从星光信号能量、CCD星光能量、信噪比计算和星探测概率计算等方面分析了星敏感器的探测能力。在分析了星敏感器光学系统的主要参数与技术指标之间相互关系的基础上,确定了满足15星等暗星探测能力的星敏感器光学系统的视场、口径、中心波长等参数以及弥散斑大小、畸变等技术指标要求。其次,本文着重开展了用于15星等暗星探测的大口径星敏感器光学系统的设计工作并对其进行了像质评价和公差分析。即采用改进型卡塞格林系统（R-C系统）、光阑校正球面透镜组和视场校正球面透镜组相结合的结构,设计了一种光谱范围在450-950 nm、半视场1.4o、口径250 mm、焦距425 mm且能够矫正像散、场曲和畸变的星敏感器折反式光学系统。基于初级像差理论,使用ZEMAX软件对系统初始结构参数进行了优化设计。光学系统的次镜遮拦比为0.43,成像点80%的能量集中在30?m内,最大畸变为0.081%,光学传递函数MTF在奈奎斯特频率33.3 lp/mm处大于0.75,最大倍率色差为-1.67?m。在20次蒙特卡罗分析结果中,第13个结构的绩效函数最好,为4.97516?m,第20个结构的绩效函数最差,达到7.79957?m。上述指标满足星敏感器对15星等暗星探测的成像要求。最后,本文通过对星敏感器星像数学模型分析与仿真,理论验证了高斯能量分布模型可用于描述星敏感器的弥散斑能量分布规律。实验测试了在不同离焦量和不同视场下的光学弥散斑和整机弥散斑大小并分析了其变化规律。结果表明,星像点80%能量所占弥散斑大小在2×2个像元（30?m）内,所设计的大口径星敏感器光学系统满足15星等暗星探测的指标要求。
袁利,王苗苗,武延鹏,王立,郑然[4]（2020）在《空间星光测量技术研究发展综述》文中研究表明空间星光测量技术在航天器执行各类任务的过程中发挥着至关重要的作用。简要介绍了空间星光测量技术的基本概念,对典型的空间星光测量敏感器及其应用技术的研究进展进行了总结。通过对比国内外同类型敏感器的主要技术指标,评估了中国当前的研究水平以及与国外的差距。就空间星光测量技术目前存在的低频误差抑制与标校、亚角秒级动态测量精度以及极高精度目标指向测量等关键问题进行了初步分析与探讨。结合空间星光测量技术的研究进展与面临的挑战,对其发展趋势进行了展望,提出了高精度、高动态、多功能、智能化等未来重点研究方向。
沙鑫宽[5]（2020）在《面向微小卫星的星敏感器工程化设计与实现》文中进行了进一步梳理星敏感器作为目前精度最高的姿态敏感器,广泛地应用于各类高精度定位导航系统中,其精度可达角秒级,且星敏感器独立于轨道运动,不受空间位置的限制。但传统的星敏感器一般存在质量、体积和功耗较大的问题,且内部算法复杂,不能满足微小卫星定制化的需求。本实验室针对微小卫星的需求,研制了星敏感器的原理样机。本研究在实验室前人研究的基础上,对该样机存在的不足之处进行总结,确定了所要研究的内容和改进的方向,从而研制了一款适用于微小卫星的星敏感器工程样机。本文的研究工作主要包括以下内容:根据星敏感器的指标需求,完成了对星敏感器系统中关键技术指标的分析:首先,对星敏感器的光学系统进行分析,确定了包括光学镜头和图像传感器的选取准则;然后,根据微小卫星对星敏感器体积、质量和功耗等方面的要求,对其电学系统进行了约束;最后,考虑到星敏感器需要满足一定的更新频率,因此在对其软件算法设计时也进行了相应要求。针对现有的原理样机硬件系统的不足之处进行优化设计,以完善其功能和提高平台稳定性。根据本次星敏感器的任务需求,确定了以可编程逻辑器件CPLD和核心处理器DSP的电学架构,结合先进性的CMOS工艺的图像传感器和光学镜头的光学前端,构成星敏感器的硬件系统。整个硬件系统满足星敏感器工作的物理特性、电学特性以及计算力的需求。完成了星敏感器软件算法的设计与优化,并对其进行了工程化设计及验证。系统软件共分为三部分:DSP驱动软件主要实现星敏感器系统的初始化、CMOS图像传感器的寄存器配置和图像数据的读取。CPLD驱动软件主要实现星图数据采集与存储、星图滤波预处理和DSP三取二程序加载。DSP应用软件是星敏感器软件系统的核心部分,主要实现星图分割、质心定位、星图识别、星跟踪和姿态解算等算法。本文提出了一种基于主从星模式的星图识别算法,该算法所需导航星库小、识别耗时少,且性能可靠,并对星跟踪算法进行了优化,明显降低了星敏感器在跟踪模式下的算法耗时。为保证星敏感器软件系统的可行性与可靠性,对其进行了工程化设计及验证。完成了星敏感器工程样机的测试与性能分析。本文采用了基于天体运动学规律的测试方法,以地球自转的精密性作为测量基准,完成对星敏感器的三轴姿态测量、图像处理算法验证和算法运行时间测试。对实验数据进行了分析统计,结果表明所研制的星敏感器满足预设指标的要求。综上所述,本文在实验室前人研究的基础上,对现有的星敏感器的不足之处进行了总结,通过对星敏感器系统中关键技术指标的分析,完善了星敏感器硬件平台的功能并研制了工程样机,在完成星敏感器软件算法设计的同时确定了一种基于天体运动学规律的星敏感器测试方案。经实际星空观测验证表明,本次设计的星敏感器满足了设计指标要求。本文采用的研究方法也为面向微小卫星的星敏感器研究提供了一定的参考和借鉴价值。
陈冰,郑勇,陈张雷,章后甜,刘新江[6]（2020）在《临近空间高超声速飞行器天文导航系统综述》文中进行了进一步梳理临近空间是航天与航空业务领域的结合部,具有重要的战略价值。高超声速飞行器是临近空间力量部署的重要载体,已逐渐进入应用部署阶段。临近空间高超声速飞行器的飞行环境和任务条件对导航系统提出了新的更高要求。在总结临近空间高超声速飞行器的导航技术研究进展的基础上,对天文导航技术的应用环境和条件进行了系统的分析和探讨,提出了5个重点研究方向,包括:星图采集效能、光学误差模型、视场观测机理、姿态更新速率、小型化模块化工程化等。研究结果可为临近空间高超声速飞行器天文导航系统的设计提供参考。
常建松[7]（2019）在《基于姿态敏感器的卫星自主导航及误差标定方法研究》文中进行了进一步梳理随着中国卫星应用领域不断扩大,在轨运行卫星数量急剧增加,传统依靠地面测控中心进行卫星日常管理模式已日益不能适应发展需求,必须提升卫星自主运行能力。自主导航作为自主运行技术的研究和应用基础,已成为卫星智能自主控制领域一个重要研究方向,其中天文导航作为一种全自主导航方式,多年来已经广泛应用于卫星导航领域。然而研究发现天文导航在轨表现并不尽如人意,主要问题在于受敏感器测量误差影响,其导航定位精度严重降低。因此,本文重点研究基于姿态敏感器的卫星自主天文导航及其误差标定方法,对敏感器测量引起的导航误差进行有效标定与补偿,以达到提高天文导航在轨定位精度的目的。主要研究内容如下:针对用于天文导航的几类天体敏感器,通过在轨数据和性能指标分析得出敏感器测量误差组成及表现形式,分别给出随机误差、常值偏差和低频误差的数学表达式,进而建立包含测量误差的敏感器数学模型,用于仿真模型设置和导航误差的在轨标定与补偿;在此基础上提出了一种具备在轨标校功能的自主天文导航方法,采用改进扩展卡尔曼滤波算法实时确定卫星轨道位置,适用于高中低轨多种轨道类型卫星;设计了一种适于工程应用的导航误差标定接口,可以直接有效地补偿敏感器测量引起的导航常值偏差和低频误差;分析了测量误差在导航滤波算法中传播影响,指出了误差标定的必要性。随机误差可以通过卡尔曼滤波处理,而常值偏差和低频误差必须进行标定与补偿,否则会极大降低导航定位精度。为此,本文提出一种基于位置信息的地面标定方法,利用地面精测轨道数据结合星上自主导航确定的轨道位置,构建地心矢量偏差观测量作为标定算法测量输入,进而采用最小二乘估计法确定导航误差拟合系数。然而导航误差也受系统模型和滤波方法等其它因素影响,多数情况下无法从导航定位结果中单独识别出敏感器测量误差,因此本文还提出一种基于姿态信息的地面标定方法,通过比较敏感器间定姿误差获得标定观测量,这样拟合系数直接由姿态数据处理而得,能够更为准确地补偿敏感器的测量误差,避免基于位置信息标定方法问题。针对采用Hill方程的天文导航方法,提出一种基于相对位置信息的地面标定方法,利用星上导航确定的经漂和纬漂以及地面精测轨道数据计算标定观测量,同样采用最小二乘法标定误差拟合系数。数学仿真和在轨应用验证了本文提出的地面标定方法的有效性,可以用于卫星日常测控管理,改善天文导航在轨定位精度。实际上敏感器的测量误差受各种因素影响时刻发生变化,这就导致一组误差拟合系数仅在一段时期内有效,地面必须不定期地进行重新标定以确保补偿精度。为减轻地面站工作量,提升卫星自主工作能力,本文提出一种基于GNSS定位信息的星上自主标定方法,采用递推最小二乘法实时估计误差拟合系数,同步代入导航滤波算法的标定接口,实现导航误差的星上自主标定与补偿。针对高轨道卫星难于同时获得至少4颗导航星测量数据问题,提出了基于单一伪距测量信息的星上自主标定方法,将常值和低频误差拟合系数扩充为系统的状态变量,设计了状态扩维的误差自校准卡尔曼滤波算法,能够在确定卫星轨道参数同时准确地估计出各项误差拟合系数。通过数学仿真和在轨应用验证了本文提出的星上自主标定方法的有效性,解决了敏感器测量误差在轨动态变化的问题,实现了卫星长期在轨自主运行期间的导航误差的标定与补偿。本文提出的基于姿态敏感器的卫星自主天文导航及标定方法,能够有效补偿敏感器测量引起的导航常值和低频误差,极大地提高了天文导航在轨定位精度,有利于提高军用卫星的自主生存能力,提升民用卫星市场竞争力,具有广阔的应用前景和重要的应用价值。
孙鹏,魏然,赵欣,江海[8]（2019）在《分体式主动像元星敏感器高温度稳定度热设计及在轨验证》文中认为星敏感器是航天器姿态控制和天文导航系统的重要组成部分。遥感卫星在轨运行时,须降低其星敏感器温度波动,减小热环境变化带来的星敏感器光轴指向偏差,以提高卫星的姿态控制精度。文章以某太阳同步轨道卫星为例,采用常规热控措施实现分体式主动像元星敏感器安装法兰及支架高温度稳定度（T±2℃）的热设计,并在轨实施取得满意效果,可为后续分体式星敏感器热设计提供参考。
孟祥月[9]（2019）在《星敏感器镜头设计与装调技术研究》文中研究说明作为常用的姿态传感器,星敏感器具有测量精度高,自主导航定位等优点,广泛应用于军事、民用、航海等各个领域。光学系统是星敏感器的核心部件,光学系统的设计质量决定了接收星像点的好坏,影响系统的后续处理过程速度以及定位的准确度。光学系统的装调是保证成像质量的重要环节。因此,开展星敏感器镜头设计及装调技术的研究具有重要研究意义。为了提高系统的相对孔径,拓宽探测的光谱范围,得到性能优良、符合实际加工生产水平的星敏感器光学系统,基于卫星平台的功能需求,本文系统地调研和分析了国内外星敏感器的光学系统,通过相关参数计算以及传感器灵敏度模型的建立,确定了星敏感器光学系统的设计参数。根据确定的参数,设计了一款星敏感器光学系统,该光学系统由1片保护玻璃、7片球面透镜和一片滤光片组成,光谱范围为500800 nm,焦距为50 mm,相对孔径为1/1.25,视场角为8.45°×8.45°（对角线视场角为11.96°）,总长为83.33 mm。系统采用像方远心光路,减小了因像面离焦及其他因素引起的测量误差。优化后的系统畸变小于0.5%,质心色偏差控制在±2μm范围内,能量集中度（3×3像元内）大于80%,最大倍率色差为-0.073μm,轴外视场的弥散斑能量集中度和轴上视场基本一致。对比不同温度下的光学系统,焦距变化量很小,验证了无热化设计原则,镜头的成像质量良好。装调技术影响着光学系统成像性能的好坏,对于本文设计的星敏感器光学系统,本文研究了针对此类型的折射式光学系统常用的装调方法,主要包括:直接装调法、定心车削装调法、定心调整装调法,并重点分析了适用于星敏感器光学系统的装调方法。在此基础上,研究了一种新型的自动定心装调技术,并搭建相关实验。结果表明,此种技术的测量精度可以达到微米量级,可应用于未来的星敏感器光学系统及其他高精度光学系统的装调,降低了装调难度,提高了光学系统的装调精度。
曹宇轩[10]（2019）在《空天飞行器自主天文导航星图匹配技术研究》文中认为空天飞行器多任务工作模式与跨空天飞行环境,对其导航系统提供自主可靠连续导航信息的能力提出了更高的要求。天文导航星图匹配技术是未来空天飞行器实现自主导航的关键技术之一。本文针对空天飞行器飞行特性和自主导航性能需求,分别从基于星构型优选的单视场全天星图匹配算法、跨非连续视场融合的全天星图匹配算法以及基于惯性量测信息辅助的星图匹配算法等方面,围绕空天飞行器自主天文导航中的星图匹配关键技术展开研究。针对现有单视场全天识别算法导航星表恒星筛选数量过多和观测星图选星策略单一,而无法为空天飞行器航天在轨飞行阶段提供可靠恒星位置矢量输出的问题,本文研究了基于星构型优选的单视场星图匹配算法。首先,延续了星表优化匹配算法中分组存储式结构导航星表的特点;其次,分析了星表优化算法中可见星无法对应导航星表存储恒星而造成的不鲁棒匹配问题,提出了基于可见星亮度和几何构型的综合优选策略及基于星构型优选的单视场星图匹配算法。该星图匹配算法相比于星表优化算法,提高了应对干扰星误差的抗差效果,更适应用于空天飞行器在轨飞行中单视场全天识别场景。针对现有多视场融合星图匹配算法较多针对连续视场的星图融合和星表构建方法的研究,无法为空天飞行器高速巡航阶段提供可靠连续恒星位置矢量输出的问题,本文研究了跨非连续视场融合的星图匹配算法。首先,类比了连续视场观测原理,分析了跨非连续视场观测原理,并应用于跨非连续视场星图融合方法中;其次,在分析非连续视场融合星图融合规律的基础上,提出了不可视域适应性导航星表构建方法;最后将上述两个方法应用于星图匹配算法,归纳了跨非连续视场融合的星图匹配流程。该算法相比与传统双视场融合星图匹配算法,剔除了导航星表中位于不可视域的无效星对角距,缩减了导航星表的容量规模和匹配计算消耗,从而提高了空天飞行器航空高速飞行中多视场星图匹配全天识别的可靠性。针对现有惯性信息引入星图匹配的算法因缺乏惯性误差影响的有效理论分析和现有星跟踪算法在高动态环境存在较大误差,而不适用于空天飞行器高机动飞行的问题,本文研究了基于惯性量测信息辅助的星图匹配方法。首先,设计了惯性辅助星图匹配总体方案,归纳了惯性辅助星图匹配的具体流程;其次,分析了惯性位姿与视轴指向矢量的空间关系,研究了惯性辅助星敏感器视轴指向估计方法,并将位姿误差归算到星表半径中;再者,根据估计视轴指向和星表半径的结果,提出了局部导航星表动态构建方法;最后,将上述两个方法应用于基于惯性量测信息辅助的星图匹配方法。该方法中动态构建的局部星表在缩减星表规模的基础上,有效应对了不同惯性器件精度的位姿误差,提高了空天飞行器机动条件下星图匹配系统的鲁棒性。在星图匹配算法研究基础上,本文建立了空天飞行器自主天文导航星图匹配仿真平台。根据空天飞行器星图匹配仿真平台功能需求分析,进行了平台的总体设计,分航迹仿真、惯性导航、可变模式星图匹配、交互和星图模拟等模块进行了系统实现,并结合典型空天飞行航迹验证了系统对于自主天文导航星图匹配算法进行了验证。
二、基于CMOS APS的星敏感器技术发展研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、基于CMOS APS的星敏感器技术发展研究（论文提纲范文）
（1）基于卷帘曝光星点校正的星敏感器高更新率测姿算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 星敏感器的发展与现状 |
| 1.2.2 星敏感器测姿算法研究现状 |
| 1.2.3 卷帘效应去除研究现状 |
| 1.2.4 姿态更新研究现状 |
| 1.3 论文研究目的和方案 |
| 1.4 论文的组织框架 |
| 第2章 卷帘曝光星敏感器工作原理 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 星敏感器基本原理 |
| 2.2.1 恒星 |
| 2.2.2 天球和天球坐标系 |
| 2.2.3 星表 |
| 2.2.4 角距 |
| 2.2.5 星敏感器工作原理 |
| 2.3 卷帘曝光的原理和成像特点 |
| 2.3.1 卷帘曝光的原理 |
| 2.3.2 卷帘曝光成像特点 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于时域约束的卷帘曝光星点质心校正方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 卷帘曝光参数优化 |
| 3.3 基于卡尔曼滤波的星点最优位置和速度估计 |
| 3.4 导航星点质心校正 |
| 3.5 仿真实验分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于卷帘曝光的高更新率测姿方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于Quest算法的姿态确定方法 |
| 4.3 基于C-quest的姿态确定方法 |
| 4.4 高更新率测姿方法 |
| 4.5 仿真实验分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于卷帘曝光的星敏感器测姿实验验证 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验平台搭建 |
| 5.3 卷帘曝光星点校正实验验证 |
| 5.4 高更新率测姿实验验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 创新性说明 |
| 6.3 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）基于衍射光栅的高精度干涉星敏感器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 星敏感器发展历程和研究现状 |
| 1.2.1 传统星敏感器 |
| 1.2.2 干涉星敏感器 |
| 1.3 星敏感器关键技术 |
| 1.3.1 质心定位技术 |
| 1.3.2 星图识别技术 |
| 1.3.3 姿态解算算法 |
| 1.4 论文研究主要内容及结构安排 |
| 第2章 传统星敏感器工作原理和主要技术参数 |
| 2.1 传统星敏感器工作原理 |
| 2.2 星敏感器探测能力 |
| 2.2.1 星等探测灵敏度 |
| 2.2.2 星等探测概率 |
| 2.3 光学系统参数 |
| 2.3.1 工作光谱和中心波长 |
| 2.3.2 视场和焦距 |
| 2.3.3 光学系统孔径 |
| 2.4 测量精度 |
| 2.4.1 单星测量精度 |
| 2.4.2 姿态测量精度 |
| 2.4.3 传统星敏感器提高测量精度的方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于衍射光栅的高精度干涉星敏感器 |
| 3.1 基本原理 |
| 3.1.1 粗定位 |
| 3.1.2 精定位 |
| 3.1.3 粗精结合 |
| 3.1.4 单星测量角分辨率 |
| 3.2 结构设计 |
| 3.2.1 光学干涉部分 |
| 3.2.2 角度调制部分 |
| 3.2.3 成像透镜部分 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 仿真模拟和实验 |
| 4.1 仿真模拟 |
| 4.1.1 仿真参数 |
| 4.1.2 仿真结果 |
| 4.2 光学设计 |
| 4.3 实验 |
| 4.3.1 粗定位 |
| 4.3.2 精定位 |
| 4.3.3 粗精结合 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 创新之处 |
| 5.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文及研究成果 |
（3）大口径折反式星敏感器光学系统设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与研究意义 |
| 1.2 星敏感器简介及发展趋势 |
| 1.2.1 星敏感器简介 |
| 1.2.2 国内外星敏感器趋势 |
| 1.3 星敏感器光学系统发展趋势 |
| 1.3.1 光学系统参数确定方法 |
| 1.3.2 光学系统结构 |
| 1.3.3 大口径星敏感器研究现状 |
| 1.3.4 星敏感器弥散斑能量分布数学模型研究现状分析 |
| 1.4 本论文主要研究内容 |
| 第二章 星敏感器光学系统主要设计参数与技术指标分析 |
| 2.1 探测器的选择 |
| 2.2 星敏感器探测能力分析 |
| 2.2.1 星光能量分析 |
| 2.2.2 探测器能量分析 |
| 2.2.3 信噪比计算 |
| 2.2.4 星探测概率分析 |
| 2.2.5 星等探测灵敏度分析 |
| 2.2.6 提高星敏感器探测能力的方法 |
| 2.3 星敏感器光学系统参数确定 |
| 2.3.1 光学系统视场 |
| 2.3.2 光学系统口径大小 |
| 2.3.3 光学系统光谱范围和中心波长 |
| 2.3.4 弥散斑大小 |
| 2.3.5 测量精度分析 |
| 2.4 几何像差对星敏感器定位精度的影响 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 星敏感器光学系统设计 |
| 3.1 星敏感器光学系统选型 |
| 3.2 星敏感器光学系统设计及优化 |
| 3.2.1 星敏感器光学系统初始结构设计 |
| 3.2.2 星敏感器光学系统优化 |
| 3.3 星敏感器光学系统像质评价 |
| 3.3.1 星敏感器光学系统像质定性评价 |
| 3.3.2 星敏感器光学系统像质定量评价 |
| 3.3.3 光学系统离焦性能分析 |
| 3.4 公差分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 星敏感器星点成像实验分析 |
| 4.1 星敏感器光学系统测试原理 |
| 4.1.1 星敏感器光学系统弥散斑成因 |
| 4.1.2 星敏感器光学系统测试装置及原理 |
| 4.2 星敏感器弥散斑能量分布数学模型及仿真 |
| 4.3 星敏感器弥散斑图像处理 |
| 4.3.1 弥散斑图像降噪处理 |
| 4.3.2 弥散斑图像处理算法 |
| 4.4 弥散斑测试及结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 主要创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读硕士学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（4）空间星光测量技术研究发展综述（论文提纲范文）
| 1 研究进展及发展态势 |
| 1.1 星敏感器研究进展 |
| 1.2 应用技术研究进展 |
| 1.2.1 空间目标监视与定向应用 |
| 1.2.2 载荷基准监测及标校应用 |
| 1.2.3 激光惯性指向测量应用 |
| 1.3 发展态势 |
| 2 关键技术问题 |
| 2.1 低频误差抑制及标校问题 |
| 2.2 亚角秒级动态测量精度问题 |
| 2.3 极高精度目标指向测量及定轨问题 |
| 3 未来重点研究方向 |
| 4 结束语 |
（5）面向微小卫星的星敏感器工程化设计与实现（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 星敏感器国内外现状 |
| 1.2.1 星敏感器发展历程 |
| 1.2.2 星敏感器国外研究现状 |
| 1.2.3 星敏感器国内研究现状 |
| 1.3 本文主要工作 |
| 2 星敏感器原理样机现状和各项指标分析 |
| 2.1 星敏感器原理样机现状及其存在的问题 |
| 2.2 星敏感器各项指标分析 |
| 2.2.1 测量精度 |
| 2.2.2 星等极限 |
| 2.2.3 视场大小 |
| 2.2.4 视场内平均恒星数 |
| 2.2.5 体积、功耗和质量 |
| 2.2.6 更新率 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 星敏感器硬件系统设计 |
| 3.1 硬件系统结构及需求分析 |
| 3.2 器件选型 |
| 3.2.1 光学系统的器件选型 |
| 3.2.2 光学系统可行性验证 |
| 3.2.3 电学系统的器件选型 |
| 3.3 电路设计 |
| 3.4 硬件系统指标验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 星敏感器软件系统设计 |
| 4.1 DSP驱动软件设计 |
| 4.1.1 系统初始化 |
| 4.1.2 CMOS图像传感器初始化 |
| 4.2 CPLD驱动软件设计 |
| 4.2.1 星图采集与存储 |
| 4.2.2 星图滤波预处理 |
| 4.2.3 CPLD实现DSP三取二程序加载 |
| 4.3 DSP应用软件设计 |
| 4.3.1 初始捕获模式 |
| 4.3.2 跟踪模式 |
| 4.3.3 姿态解算 |
| 4.4 软件工程化设计及验证 |
| 4.4.1 测试覆盖性分析及验证 |
| 4.4.2 可靠性设计及验证 |
| 4.4.3 可维护性分析及设计 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 星敏感器工程样机测试与性能分析 |
| 5.1 测量原理 |
| 5.2 测量结果及分析 |
| 5.2.1 基于实际星图的图像处理测试 |
| 5.2.2 基于外场观星的姿态精度实验 |
| 5.2.3 算法运行时间测试分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（6）临近空间高超声速飞行器天文导航系统综述（论文提纲范文）
| 1 临近空间高超声速飞行器及其导航技术 |
| 2 临近空间高超声速飞行器天文导航应用情况 |
| 2.1 临近空间飞行环境与高超声速任务条件 |
| 2.2 临近空间内天文导航的应用与挑战 |
| 3 临近空间高超声速飞行器天文导航的发展方向 |
| 3.1 扩展观测频谱，提升星图采集效能 |
| 3.2 开展光学过程的误差模型构建与标校，控制气动效应误差 |
| 3.3 挖掘多视场、大视场观测解算机理，提升自主基准可行性 |
| 3.4 优化星图处理算法策略，提升天文观测解算的数据更新率 |
| 3.5 推进小型化、模块化、工程化技术 |
| 4 结论 |
（7）基于姿态敏感器的卫星自主导航及误差标定方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状与分析 |
| 1.2.1 天体敏感器发展与应用概况 |
| 1.2.2 天文导航技术研究现状 |
| 1.2.3 导航误差标定方法研究进展 |
| 1.2.4 存在不足与研究方向分析 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第2章 轨道动力学模型及标定滤波方法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 坐标系定义 |
| 2.3 考虑多种摄动因素的轨道动力学建模 |
| 2.3.1 地球非球形引力摄动 |
| 2.3.2 日月引力摄动 |
| 2.3.3 大气阻力摄动 |
| 2.3.4 太阳光压摄动 |
| 2.3.5 喷气摄动 |
| 2.4 标定滤波方法的适用性分析 |
| 2.4.1 最小二乘估计 |
| 2.4.2 递推最小二乘估计 |
| 2.4.3 EMBET估计 |
| 2.4.4 Schmidt卡尔曼滤波 |
| 2.4.5 自校准卡尔曼滤波 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于在轨数据的敏感器测量误差分析与建模 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 天体敏感器测量原理 |
| 3.2.1 地球敏感器 |
| 3.2.2 星敏感器 |
| 3.3 敏感器测量误差组成分析 |
| 3.3.1 基于在轨数据辨识分析 |
| 3.3.2 基于部件性能指标分析 |
| 3.3.3 误差组成与影响因素统计 |
| 3.4 敏感器测量误差建模与仿真 |
| 3.4.1 测量误差数学模型 |
| 3.4.2 敏感器误差数学模型 |
| 3.4.3 仿真验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 具备在轨标校功能的导航方法设计与分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于改进扩展卡尔曼滤波的导航方法设计 |
| 4.2.1 天文导航原理 |
| 4.2.2 系统模型建立 |
| 4.2.3 滤波方法设计 |
| 4.3 适用于工程应用的导航误差标定接口设计 |
| 4.3.1 测量误差传播分析 |
| 4.3.2 通用标定接口设计 |
| 4.3.3 标校方法有效性验证 |
| 4.4 导航定位精度影响仿真分析 |
| 4.4.1 地球敏感器测量误差影响分析 |
| 4.4.2 星敏感器测量误差影响分析 |
| 4.4.3 滤波周期影响分析 |
| 4.4.4 轨道类型影响分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于多种数据源的导航误差地面标定方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于位置信息的地面标定方法 |
| 5.2.1 基于地心矢量的标定方法设计 |
| 5.2.2 标定方法效能评估 |
| 5.2.3 仿真验证 |
| 5.3 基于姿态信息的地面标定方法 |
| 5.3.1 基于定姿结果的标定方法设计 |
| 5.3.2 标定方法效能评估 |
| 5.3.3 仿真验证 |
| 5.4 基于相对位置信息的地面标定方法 |
| 5.4.1 基于Hill方程的导航方法 |
| 5.4.2 基于经漂和纬漂的标定方法设计 |
| 5.4.3 标定方法效能评估 |
| 5.4.4 在轨应用 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 基于GNSS的导航误差星上自主标定方法 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 全球导航卫星系统 |
| 6.2.1 系统概况与定位原理 |
| 6.2.2 导航信号可见性分析 |
| 6.3 基于GNSS定位信息的星上自主标定方法 |
| 6.3.1 标定方法设计与效能评估 |
| 6.3.2 仿真验证 |
| 6.3.3 在轨应用 |
| 6.4 基于伪距测量信息的星上自主标定方法 |
| 6.4.1 状态扩维的系统模型建立 |
| 6.4.2 误差自校准滤波方法设计 |
| 6.4.3 仿真验证 |
| 6.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（9）星敏感器镜头设计与装调技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 星敏感器 |
| 1.2.2 星敏感器光学系统 |
| 1.2.3 装调技术 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第2章 星敏感器光学系统分析与参数计算 |
| 2.1 星敏感器 |
| 2.1.1 工作原理 |
| 2.1.2 星等 |
| 2.2 光学系统基本参数 |
| 2.2.1 工作波段的选择 |
| 2.2.2 焦距与视场 |
| 2.2.3 通光孔径 |
| 2.3 像质评价标准 |
| 2.3.1 能量集中度 |
| 2.3.2 弥散斑 |
| 2.3.3 畸变 |
| 2.3.4 倍率色差 |
| 2.3.5 质心色偏差 |
| 2.4 参数计算 |
| 2.4.1 功能需求 |
| 2.4.2 传感器计算选型 |
| 2.4.3 焦距计算 |
| 2.4.4 视场计算 |
| 2.4.5 通光孔径计算 |
| 2.4.6 系统参数 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 大相对孔径宽光谱星敏感器光学系统设计 |
| 3.1 设计要点 |
| 3.2 初始结构选取 |
| 3.3 材料选取原则 |
| 3.4 优化设计 |
| 3.5 优化结果 |
| 3.5.1 光学结构 |
| 3.5.2 像质评价 |
| 3.6 温度分析 |
| 3.7 公差分析 |
| 3.7.1 公差来源 |
| 3.7.2 公差分析 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 星敏感器镜头装调技术研究 |
| 4.1 装调技术研究 |
| 4.1.1 直接装调法 |
| 4.1.2 定心车削装调法 |
| 4.1.3 定心调整装调法 |
| 4.2 自动定心装调技术研究 |
| 4.2.1 自动定心装调原理 |
| 4.2.2 主要特点 |
| 4.2.3 实现条件 |
| 4.2.4 实验工具 |
| 4.2.5实验 |
| 4.2.6 实验结果 |
| 4.2.7 实验结果分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 工作总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 通光孔径D计算程序 |
| 附录B 平凸透镜1的镜筒螺纹角以及两表面夹角α计算程序 |
| 附录C 攻读硕士学位期间的研究成果及参与科研项目 |
| 致谢 |
（10）空天飞行器自主天文导航星图匹配技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩略词 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 空天飞行器研究发展现状 |
| 1.2.2 星敏感器研究发展现状 |
| 1.2.3 星图匹配算法研究发展现状 |
| 1.3 课题研究的目的与意义 |
| 1.4 本文的主要研究工作 |
| 第二章 基于星构型优选的单视场星图匹配算法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 单视场星敏感器观测原理 |
| 2.2.1 星图匹配中的时空关系 |
| 2.2.2 单视场星敏感器成像模型 |
| 2.3 基于星构型优选的单视场星图匹配算法 |
| 2.3.1 单视场星图匹配方案 |
| 2.3.2 传统星图匹配方法及其优化 |
| 2.3.3 基于星构型优选的单视场星图匹配方法 |
| 2.4 基于星构型优选的单视场星图匹配仿真及分析 |
| 2.4.1 单视场观测星图可见星分析 |
| 2.4.2 基于星构型优选的单视场星图匹配算法仿真分析 |
| 2.4.3 空天飞行器单视场星图匹配仿真分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 跨非连续视场融合的星图匹配算法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 跨非连续视场星图融合方法 |
| 3.2.1 跨非连续视场星图观测原理 |
| 3.2.2 跨非连续视场融合的星象坐标转换 |
| 3.3 跨非连续视场融合的星图匹配方法 |
| 3.3.1 不可视域适应性导航星表构建方法 |
| 3.3.2 跨非连续视场融合的星图匹配流程 |
| 3.4 跨非连续视场融合的星图匹配仿真分析 |
| 3.4.1 非连续视场星图融合仿真分析 |
| 3.4.2 跨非连续视场融合的星图匹配仿真分析 |
| 3.4.3 空天飞行器跨连续双视场融合星图匹配仿真分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于惯性量测信息辅助的星图匹配算法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 惯性辅助星图匹配总体方案 |
| 4.3 惯性量测信息辅助单视场匹配方法 |
| 4.3.1 惯性辅助单视场星敏感器视轴指向估计 |
| 4.3.2 根据估计视轴的单视场局部导航星表动态构建方法 |
| 4.4 惯性量测信息辅助多视场匹配方法 |
| 4.4.1 惯性辅助多视场星敏感器视轴指向估计 |
| 4.4.2 根据估计视轴的非连续局部导航星表动态构建方法 |
| 4.5 惯性量测信息辅助的星图匹配仿真分析 |
| 4.5.1 仿真条件设置 |
| 4.5.2 惯性器件精度对星图匹配影响分析 |
| 4.5.3 局部星表规模仿真分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 空天飞行器星图匹配仿真平台设计实现 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 空天飞行器星图匹配仿真平台搭建 |
| 5.2.1 空天飞行器星图匹配仿真平台功能需求分析 |
| 5.2.2 空天飞行器星图匹配仿真平台总体设计 |
| 5.3 空天飞行器星图匹配仿真平台实现 |
| 5.3.1 可变星图匹配模式设计 |
| 5.3.2 航迹仿真模块实现 |
| 5.3.3 空天飞行器星图匹配仿真系统交互界面实现 |
| 5.4 空天飞行器观测星图仿真原理与实现 |
| 5.4.1 单视场星敏感器观测星图仿真原理及实现 |
| 5.4.2 跨非连续双视场星敏感器观测星图仿真原理与实现 |
| 5.5 空天飞行器星图匹配仿真平台综合验证 |
| 5.5.1 空天飞行器航天在轨飞行星图匹配综合验证 |
| 5.5.2 空天飞行器航空高速巡航星图匹配综合验证 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 全文工作总结与展望 |
| 6.1 本文工作总结 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
四、基于CMOS APS的星敏感器技术发展研究（论文参考文献）
- [1]基于卷帘曝光星点校正的星敏感器高更新率测姿算法研究[D]. 何隆东. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2021(08)
- [2]基于衍射光栅的高精度干涉星敏感器研究[D]. 张淑芬. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(08)
- [3]大口径折反式星敏感器光学系统设计[D]. 李建林. 西北大学, 2020(02)
- [4]空间星光测量技术研究发展综述[J]. 袁利,王苗苗,武延鹏,王立,郑然. 航空学报, 2020(08)
- [5]面向微小卫星的星敏感器工程化设计与实现[D]. 沙鑫宽. 浙江大学, 2020(02)
- [6]临近空间高超声速飞行器天文导航系统综述[J]. 陈冰,郑勇,陈张雷,章后甜,刘新江. 航空学报, 2020(08)
- [7]基于姿态敏感器的卫星自主导航及误差标定方法研究[D]. 常建松. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [8]分体式主动像元星敏感器高温度稳定度热设计及在轨验证[J]. 孙鹏,魏然,赵欣,江海. 航天器环境工程, 2019(04)
- [9]星敏感器镜头设计与装调技术研究[D]. 孟祥月. 长春理工大学, 2019(01)
- [10]空天飞行器自主天文导航星图匹配技术研究[D]. 曹宇轩. 南京航空航天大学, 2019(02)