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APS星敏感器关键技术的研究

李杰  
【摘要】:星敏感器在航天飞行器的姿态测量和控制系统中起着重要的作用,是最精密的姿态测量部件。基于CCD 的星敏感器技术已趋于成熟,获得广泛应用,但在空间应用的实践经验中发现CCD 星敏感器存在亟待解决的问题:CCD 器件抗空间辐射的能力比较差,所需要的电源种类比较多,供电相当复杂,使CCD 星敏感器的电子学设计复杂,体积、功耗无法进一步减少,这样就限制了CCD 星敏感器的小型化和低成本,使其应用受到限制。 由于CCD 星敏感器在空间应用中存在的问题,使以APS(active pixel sensor有源像元传感器)为替代CCD 的APS 星敏感器成为星敏感器的新的研究课题。APS 图像传感器应用于星敏感器具有抗辐射能力强、使用一种供电电压(+5V 或+3.3V)、集成度高、硬件电路简单等优点,对星敏感器非常有利。但是目前的APS 噪声水平比较高,填充因子较小等问题使APS 星敏感器的探测能力和探测精度受到影响,论文主要以此作为切入点,研究APS 应用于星敏感器的参数设计、探测能力和探测精度等关键技术问题,研究如何提高APS 星敏感器的探测能力和探测精度的方法。 本文主要做了以下研究工作: 1.对APS 图像传感器的工作原理、技术指标和误差进行了详细分析。 2.阐述了ASP 星敏感器的主要技术指标的表示方法与物理意义,以及各技术指标的相互关系,对系统设计时参数的选择等相关问题进行了讨论。 3.以星敏感器焦平面的星光信号能量转化为研究对象,建立了APS 星敏感器的星图的能量的数学模型,对亚像元细分定位方法进行了细致的分析。 4.对星等探测灵敏度的信噪比判据和星等有效范围以及星探测概率进行了分析;推导建立了星探测灵敏度评估模型,讨论了探测灵敏度计算中能量的集中度和光斑位置不同引起的灵敏度的改变,探讨了提高星探测能力的几种方法。


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