星敏感器低频误差分析.pdf

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1、第40卷第2期空间控制技术与应用Vo1．40No．22014年4月AerospaceControlandApplicationApr．2014星敏感器低频误差分析卢欣，武延鹏，钟红军，李春艳，郑然(北京控制工程研究所，北京100190)摘要：介绍星敏感器的误差分类、低频误差定义、误差产生原因及其测试标定方法等．星敏感器输出姿态周期性误差的主要原因为视场空间误差和热弹性变形误差，典型星敏感器采取相应的解决措施后．低频误差可控制在0．8”以内．关键词：星敏感器；误差分析；低频误差；控制措施中图分类号：V448．2文献标志码：A文章编号：

2、1674—1579(2014)02—0001-07DoI：10．3969／i．issn．1674—1579．2014．02．001LowFrequencyErrorAnalysisofStarSensorLUXin，WUYanpeng，ZHONGHongjun，LIChunyan，ZHENGRan(BengInstituteofControlEngineering，Beijing100190，China)Abstract：TheerrorresoHrcesofstarsensor，definitionoflow~equencyerr

3、or(LFE)，elroranalysisandcalibrationmethodsaredescribedinthispaper．Thefieldofview(FOV)spatialerrorandthermoelasticerrorarethemainfactorsinorbitalperiodicerrorofstarsensor．TheLFEoftypicalstarsensorislessthan0．8”vianewmethods．Keywords：starsensor；erroranalysis；low~equencye

4、rror；calibrationmethod星敏感器误差种类进行了划分，如图1所示．0引言根据2008年德国JENA公司与ESA星敏感器研制标准¨。，其定义的星敏感器误差树主要包括随着高精度星敏感器应用领域的不断拓展，对姿时间误差(TE)、高空间频率误差(HSFE)、低空间频态精度的要求逐渐提高，与星敏感器温度和视场相关率误差(LSFE)、偏置稳定性误差(BS)和偏置误差的低频误差(LFE)已经成为制约星敏感器研制的一(BE)，如图2所示．个重要因素．低频误差的成因分析及测试已引起用户1．2典型星敏感器低频误差指标的高度重视，并提出

5、明确需求，尤其是高精度对地观国外主流星敏感器产品中，德国JENA公司的测卫星和高轨道卫星对星敏感器的低频误差要求越ASTRO10星敏感器低频误差幅值约为7．6，法国来越明确”．本文主要介绍r星敏感器误差分类、低SODERN公司SED26星敏感器低频误差幅值约为频误差的定义、误差产生原因及其测试标定方法．3，表1为国外典型星敏感器低频误差指标．1星敏感器误差综述2星敏感器误差分析1．1误差指标体系2．1定义与成因近年来，国际上出现了不同的星敏感器误差源按照ESA标准，星敏感器测量误差包括如下分类，其中20世纪90年代初Et本按照误差来

6、源对几个部分．十二五民用航天预先研究资助项目(2321004316)收稿日期：2014—03．21第2期卢欣等：星敏感器低频误差分析·3·频误差的重要来源．因此视场空间误差项和热弹性变形误差项是星(3)像素空间误差敏感器输出姿态呈现周期性波动的主要原因，即所由探测器空间不均匀性及星点定位算法带来谓的“短周期项误差”，如图3所示．因此需对其成的测量误差．探测器空间不均匀性包括PRNU、因进行深入分析，方可确定改进的技术途径．DSNU、暗电流尖峰、FPN等．通过星敏感器角速度的作用，像素空间误差也转化为时域误差．对于高等级CCD探测器而

7、言，不均匀性表现为空间白噪声特性．CMOS器件由于成像机制的原因，可能产生FPN噪声，即系统性的不均匀性，在采取明场／f、暗场校正措施后也基本表现为空间白噪声特性．对于LEO卫星星敏感器而言，探测器空间不均匀性一般表现为0．1～0．5S周期的时域高频白噪声．星点定位算法误差是指采用的亚像元定位算法带来的误差．其空间周期为1像素．对于LEO卫星星敏感器而言，通过角速度转化后表现为0．1～0．5s图3星敏感器地面观星的典型测量误差曲线图周期的时域高频误差．Fig．3TypicalerrorofstarSensoraccordingto(

8、4)时域误差thegroundobservingdata由硬件噪声产生的测量误差，与空间无关，属于时域白噪声随机误差．来源包括散粒噪声、读出噪星敏感器地面观星的典型测量误差曲线如图3声、量化噪声及星时误差．所示，高频随机误差和低频误差