卫星的好帮手——星敏感器

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　　星敏感器是以恒星为参照系，以星空为工作对象的高精度空间姿态测量装置，通过探测天球上不同位置的恒星并进行解算，为卫星、宇航飞船等航空航天飞行器提供准确的空间方位和基准，并且和惯性陀螺一样都具有自主导航能力，具有重要的应用价值。
　　星敏感器工作原理为：图像传感器拍摄当前视场范围内的星空图象，图像经信号处理，提取星体在观测视场中的位置（和亮度）信息，并由星图识别算法在导航星库中找到观测星的对应匹配，用这些匹配星对计算出星敏感器的三轴姿态。
　　


　　星敏感器总体结构包括：光学系统、CMOS图像电路、FPGA处理电路、DSP数据处理电路、机械结构等部分。图像镜头中，成像在CMOS图像传感器的焦平面上。FPGA中驱动电路对CMOS发出时序控制信号，CMOS正常工作后，读取图像数据，预处理读取的图像数据，包括数据位的转换和实时的星点细分定位。将所得的星点位置和亮度信息传输给数字信号处理器（DSP）进行星图识别和星体目标跟踪，最后输出姿态信息。
　　


　　星敏感器通常包含全天球识别工作模式和星跟踪工作模式。在全天球工作模式下，星敏感器通过光学镜头在视场范围内拍摄得到星图，经过星点质心定位、星图识别和姿态解算等步骤之后，直接输出姿态信息。在星跟踪模式下，星敏感器利用先验姿态信息，进入星跟踪算法模块，通过局部的星点质心定位和识别最终解算出当前姿态信息。
　　截止到目前为止，研究人员已经研制出很多不同类型的星敏感器产品并且成功应用。在研究过程中，研究人员发现通过采用多视场的星敏感器设计方法，可以在不改变探测星等的情况下减小视场，保证星敏感器的姿态测量精度。
　　现如今，天文自主导航已经成为航天器技术中重要的领域，也是未来发展的主要趋势。作为高精度的姿态测量仪器，星敏感器必然有良好的发展和应用前景。
　　本文由石家庄藁城区兴安镇中学高级教师崔会欣进行科学性把关。   
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　　科普中国-科学原理一点通
　　联合出品
　　作者： 尹茹
               
               

                           

                        
                        
                                
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                                        2021-08-20