星敏感器用典型CCD探测器电离总剂量效应研究.pdf

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1、第30卷2013年第5期上海航天AEROSPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2013)05—0065一03星敏感器用典型CCD探测器电离总剂量效应研究于朝霞1、2，王有峰1、2，韩飞1、2，梁彦1、2，贺亮1、2(1．上海航天控制技术研究所，上海200233；2．上海市空间智能控制技术重点实验室，上海200233)摘要：用自建的工程单机对星敏感器用核心器件CCD的电离总剂量效应进行了研究，给出了不同辐照剂量下辐照前后图像灰度、标准差等反映CCD拍摄图像质量的参数变化。研究表明：CCD对电离总剂量效应较敏感，辐照会引起输出图像灰度和标

2、准差变大，导致图像质量下降、信噪比降低，最终影响探测器的成像效果。关键词：星敏感器；CCD；电离总剂量效应中图分类号：TN386．5文献标志码：AStudyofTotalIonizingDoseEffectsonTypicalCCDforStarSensorYUZhao—xial～，WANGYou—fen91～，HANFeil～，LIANGYanl一，HELian91’2(1．ShanghajInstjtuteofSpaceflightContr01Techn0109y，Shanghai200233，China；2．ShanghaiKeyLaborat

3、oryofAerospaceInteUigentContr01Techn0109y，Shanghai200233，China)Abstract：ThetotalionizingdoseeffectsontypicalCCDforstarsensorwasstudiedbytheengineeringdeVicesetupinthispaper．TheparametersshowingtheCCDimagingqualitywhichwereimagegrayvaluebeforeandafterirradiationandthestandarddevi

4、ationunderva“ousdosesweregivenout．ThestudyshowedthatCCDwassensitivetothetotaldose．Theirradiationcouldcausetheimagegrayvalueandstandarddeviationbecomingbiggerwhichwouldcausetheimagequalitydegraded，signalnoiseratiodecreasedandaffecttheimageofthesensoratlast．Keywords：Starsensor；CCD

5、；TotalionizingdoseeffectO引言星敏感器作为卫星姿轨控系统的重要组成部分，对发射阶段和在轨飞行时卫星的姿态控制有极为关键的作用。其工作原理是利用宇宙空间中的恒星坐标系作为参照系，将拍摄的恒星图像与地面星图对比，获得卫星相对惯性空间的三轴角速度，从而确定卫星姿态。星敏感器一般由光学单元、成像单元和数据处理单元组成，其中：光学单元包括各种光学透镜；成像单元是星敏感器的核心单位，主要由高分辨率的CCD探测器或CMOS探测器组成，其作用是探测恒星发出的光线，拍摄恒星图像供数据处收稿日期：2013一05—28；修回日期：2013一07一01

6、作者筒介：于朝霞(1976一)，女，高级工程师，主要从事航天器姿态控制与可靠性技术研究。理单元进行星图识别匹配。作为星敏感器的核心单元，CCD的可靠性直接决定了星敏感器的性能。研究表明：空间环境中的带电粒子会对卫星用CCD造成电离总剂量效应影响，引起CCD出现光辐射响应度下降、暗电流增大、动态范围减小、信噪比下降甚至传递函数降低等现象[i巧]。CCD在空间辐射环境中的性能劣化，将导致星敏感器拍摄的星图性噪比下降，造成恒星质心提取有误、星图无法识别等。因此，开展CCD的电离总剂量效应研究及抗辐射性能评估，对确保其在空间辐射环境中的可靠性有重要意义。近年来

7、，国内外对CCD的电离总剂量效应开展了大量研究，主要是利用光电器件参数性能专用检测设备对辐照前后CCD的暗电流、饱和输出电压、电荷转移效率等固有参数进行测试，研究辐射效应上海航天AEROSPACESHANGHAI第30卷2013年第5期规律[3’5]。此种方法优点是测量参数全面，可定量评估CCD的抗辐射性能，但专用测试设备贵重，较难搬运至辐射现场进行测试。本文从工程应用角度出发，用工程单机试验装置对星敏感器用典型CCD探测器电离总剂量效应进行了研究。1试验条件1．1试验样品试验样品为美国Kodak公司生产的2048(H)×2048(V)元科学级CCDK

8、AI一4021。1．2CCD辐照试验测试系统CCD辐照试验测试系统包括接受辐照试验的CCD、驱