针对不同海拔白昼星光探测的星敏感器光学参数优化

极限探测星等、视场内导航星数量及光学系统的尺寸和质量等是全天时星敏感器光学探测系统的重要指标,而各项性能指标的提升往往是存在矛盾制约的,进而导致光学系统的参数设计缺乏明确的优化目标。为提高白昼星光探测系统的综合性能,文中对光学系统参数优化进行了深入研究。首先,根据短波红外探测器的响应特性建立了基于图像灰度信息的信噪比模型,在此基础上,针对星体跟踪和星图匹配两种不同的导航模式,提出了星敏感器光学系统参数优化方案。仿真采用Sofradir的InGaAs传感器参数作为典型值,分别对海平面星体跟踪模式和高海拔星图匹配模式进行光学系统参数设计,得到白昼星光探测的最优口径、焦距和截止波长,同时确定了相应的全天时星敏感器星体跟踪/星图匹配导航模式转换的临界海拔。研制的原理样机口径60 mm、焦距515 mm、截止波长1.48μm,利用样机在地面开展了白昼观星实验,对提出的光学系统参数优化理论进行了验证,同时说明了该系统在近地面具备白昼星光探测能力。

基于姿态关联帧叠加的星图信噪比增强方法

星敏感器在近地面使用时,由于星光信号容易被强烈的天空背景噪声所淹没,导致其无法在白天正常工作。为了提高星敏感器白天探星的能力,提出了一种星敏感器动态条件下基于姿态关联叠加提高星图信噪比的方法。该方法利用陀螺仪测量出与参考帧相关的每个星图帧之间的姿态变化量,实现不同帧星图之间的平移和旋转变换(即相关变换)。最后,将相关帧星图叠加到一起,使星图信噪比得到√n倍增长(n为关联星图的帧数),从而提高全天时星敏感器在白昼条件下的工作能力。仿真结果表明:该方法能够有效地提高星图信噪比,且受惯性器件误差和安装角误差的影响较小,具有较强的可行性。