小天体光变曲线观测光学仿真系统

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作者 雷开宇 史弦 +1 位作者 武延鹏 李林 《空间控制技术与应用》 北大核心 2025年第1期54-64,共11页

小天体光变曲线能够反映出目标的形状、自转特性等信息.在我国未来的深空探测任务中,需要通过光变观测来获取目标的先验性质.针对上述需求,本文构建了一种面向真实观测场景的光变观测仿真系统,该系统结合了基于光电链路的恒星背景仿真... 小天体光变曲线能够反映出目标的形状、自转特性等信息.在我国未来的深空探测任务中,需要通过光变观测来获取目标的先验性质.针对上述需求,本文构建了一种面向真实观测场景的光变观测仿真系统,该系统结合了基于光电链路的恒星背景仿真与基于计算机图形学的场景仿真,能够对光变观测图像进行模拟.在获得仿真图像后,从仿真图像中计算出目标光变曲线,并进行反演与分析,实现从观测到性质分析的全功能覆盖.经过实验,本文系统得到的仿真光变的反演结果与真实观测数据的反演结果较为接近,能够应用于飞行器在轨光变观测的研究中,为飞行器光变观测任务规划提供了思路. 展开更多

关键词 小天体 光变反演 场景仿真 深空探测

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基于光学成像探测的仅测角高轨空间物体接近感知方法

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作者 王龙 雷韫璠 +2 位作者 张新宇 张辉 武延鹏 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期179-187,共9页

提出一种仅利用任务航天器光学成像探测设备给出的测角信息进行高轨空间物体接近行为感知的方法。首先,分析了空间物体相对任务航天器的方位变化规律,得到物体接近时在任务航天器轨道坐标系下方位角正切值随时间波动幅值逐渐增大;其次,... 提出一种仅利用任务航天器光学成像探测设备给出的测角信息进行高轨空间物体接近行为感知的方法。首先,分析了空间物体相对任务航天器的方位变化规律,得到物体接近时在任务航天器轨道坐标系下方位角正切值随时间波动幅值逐渐增大;其次,分析了在光学成像探测设备成像过程中,逆光与探测设备灵敏度对空间物体可见性的影响,得到物体可见弧段在每个轨道周期内具有一定的相似性;进一步地,根据物体相对方位及可见性的变化规律,设计了一种空间物体接近行为感知方法,利用物体观测量的轨道周期一致性进行多段观测量关联,拟合方位角正切值随时间波动趋势,预测波动极值并统计极值变化规律,实现物体接近行为感知;最后,仿真验证了该方法具备不依赖距离信息感知高轨空间物体相对任务航天器接近行为的能力,仅利用3个轨道周期内、每周期有效弧段大于30 min的高轨空间物体指向测量信息判断物体相对任务航天器存在接近行为的准确率优于96%。结果证明:该方法通过赋能任务航天器常用光学成像探测设备高效费比地实现航天器自我防护能力有效提升,可普遍用于高轨航天器任务。 展开更多

关键词 光学成像 仅测角 空间物体 接近感知

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星敏感器热稳定性地面验证技术

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作者 孟小迪 王晓燕 +3 位作者 齐静雅 武延鹏 王艳宝 王苗苗 《航天器环境工程》 CSCD 2024年第1期89-94,共6页

受空间复杂热环境影响,星敏感器姿态测量结果存在轨道周期的光轴热漂移低频误差,因此需对星敏感器进行热设计并进行热稳定性试验验证。文章提出星敏感器热稳定性试验总体方案,并建立热稳定性试验系统;依据航天器真空热环境试验规范,提... 受空间复杂热环境影响,星敏感器姿态测量结果存在轨道周期的光轴热漂移低频误差,因此需对星敏感器进行热设计并进行热稳定性试验验证。文章提出星敏感器热稳定性试验总体方案,并建立热稳定性试验系统;依据航天器真空热环境试验规范,提出星敏感器热稳定性试验判据与条件;针对试验系统误差提出控制方法并针对某型星敏感器开展热稳定性试验,结果表明星敏感器光轴热漂移量为0.114(″)/℃,满足设计指标要求。试验验证了该星敏感器热设计的有效性。 展开更多

关键词 星敏感器 光轴热稳定 真空试验 低频误差 热设计

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高分七号卫星多探头甚高精度星敏感器热设计与验证 被引量：13

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作者 余成武 隋杰 +5 位作者 陈超 童叶龙 程会艳 陈建峰 王晓燕 武延鹏 《航天器工程》 CSCD 北大核心 2020年第3期144-150,共7页

根据高分七号卫星对多探头甚高精度星敏感器高热稳定性的任务需求,对多探头甚高精度星敏感器进行热设计。首先,针对星敏感器光轴热漂移优于0.3(″)/℃的高热稳定性技术指标需求,开展星敏感器的结构和内部热设计,确定星敏感器安装法兰和... 根据高分七号卫星对多探头甚高精度星敏感器高热稳定性的任务需求,对多探头甚高精度星敏感器进行热设计。首先,针对星敏感器光轴热漂移优于0.3(″)/℃的高热稳定性技术指标需求,开展星敏感器的结构和内部热设计,确定星敏感器安装法兰和光学镜头镜筒的热控技术指标,根据轨道参数及星敏感器的结构布局制定星敏感器热控设计方案。其次,通过仿真分析,得到星敏感器俯仰(绕X轴)方向和偏航(绕Y轴)方向的热稳定性均优于±0.3″;通过星敏感器热稳定性试验测得星敏感器绕X轴和绕Y轴的热稳定性分别为±0.223″和±0.168″;通过星敏感器热平衡试验测得星敏感器绕X轴和绕Y轴的光轴热漂移分别为±0.55″和±0.16″。在轨测试验证结果表明:星敏感器安装法兰和光学镜头镜筒的温度满足热控指标要求,2个多探头甚高精度星敏感器的光轴夹角为±1.8″,星敏感器热设计合理有效,可为其他航天器星敏感器热设计提供参考。 展开更多

关键词 高分七号卫星 星敏感器 热设计 热仿真分析 热稳定性试验 热平衡试验

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星敏感器空间辐射效应研究 被引量：17

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作者 周建涛 蔡伟 +1 位作者 武延鹏 卢欣 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期24-30,共7页

星敏感器作为一类高灵敏度光电集成部件,易受空间辐射的影响造成性能退化和工作异常。分析星敏感器的辐射效应机理并制定相应的防护对策,既是当前可靠性增长的基础,也是今后高性能星敏感器发展的必然要求,而国内尚缺少对这一问题的详细... 星敏感器作为一类高灵敏度光电集成部件,易受空间辐射的影响造成性能退化和工作异常。分析星敏感器的辐射效应机理并制定相应的防护对策,既是当前可靠性增长的基础,也是今后高性能星敏感器发展的必然要求,而国内尚缺少对这一问题的详细论述。阐述了空间辐射环境和星敏感器的组成以及工作原理,综述分析了空间辐射效应机理和对星敏感器产生的影响,并介绍了国外在相应防护对策上的经验,更进一步对影响星敏感器较为严重的瞬态效应做了较为深入的探讨。 展开更多

关键词 空间辐射环境 星敏感器 辐射效应 瞬态效应

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星敏感器光轴热稳定性仿真分析方法 被引量：16

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作者 隋杰 程会艳 +3 位作者 余成武 武延鹏 王晓燕 郑然 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2017年第4期37-41,共5页

热稳定性用来衡量星敏感器光轴指向抵抗温度变化影响的能力,常用试验及仿真的方法进行分析验证.仿真方法因其高效率、低成本、可贯穿产品设计全周期等优点,已成为热稳定性分析验证的重要手段.开发了一种热-力-光联合仿真分析的方法进行... 热稳定性用来衡量星敏感器光轴指向抵抗温度变化影响的能力,常用试验及仿真的方法进行分析验证.仿真方法因其高效率、低成本、可贯穿产品设计全周期等优点,已成为热稳定性分析验证的重要手段.开发了一种热-力-光联合仿真分析的方法进行星敏感器热稳定性计算.该方法集合了热分析、变形分析、成像仿真及热漂移计算等多项仿真分析过程.以某高精度星敏感器为例,进行了热稳定性计算,结果表明了该仿真方法的有效性. 展开更多

关键词 星敏感器 热稳定性 仿真分析

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星敏感器低频误差分析 被引量：20

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作者 卢欣 武延鹏 +2 位作者 钟红军 李春艳 郑然 《空间控制技术与应用》 2014年第2期1-7,共7页

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

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基于C-TOF成像的位姿测量与地物目标识别技术研究 被引量：5

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作者 卢纯青 杨孟飞 +1 位作者 武延鹏 梁潇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期213-221,共9页

深空探测器的功耗和体积有限,任务工况多样,与低轨道地球探测器相比,深空探测器对导航敏感器的任务能力提出了更高的需求。提出了一种基于飞行时间成像的快速位姿测量和地物目标识别技术。为了在保证位姿测量精度的前提下满足对位姿测... 深空探测器的功耗和体积有限,任务工况多样,与低轨道地球探测器相比,深空探测器对导航敏感器的任务能力提出了更高的需求。提出了一种基于飞行时间成像的快速位姿测量和地物目标识别技术。为了在保证位姿测量精度的前提下满足对位姿测量时间性能的需求,提出了一种基于深度信息的动态尺度估计方法。该方法提升了物方多尺度变化条件下点云配准的时间稳定性,平均配准时间缩短60%以上,平均配准精度约为0.04 m。为了满足多尺度、多形态地物目标识别的需求,使用了基于轻量化深度神经网络,可根据场景深度信息进行地物检测。结果表明,该方法可对地物特征进行快速感知,在真实场景中的准确率达到70%以上。 展开更多

关键词 深空探测 飞行时间成像 正态分布变换 语义分割

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一种提高多探头星敏感器姿态测量精度的方法 被引量：7

9

作者 程会艳 郑然 +2 位作者 武延鹏 张腾飞 王苗苗 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2022年第4期78-85,共8页

受空间环境等因素影响,多探头星敏感器在轨工作时的探头间相对安装误差存在周期性变化,该误差直接影响了产品融合后姿态的测量精度.为提升产品融合后姿态的测量精度,提出了一种多探头融合姿态计算方法.该方法首先利用多个探头视场内的... 受空间环境等因素影响,多探头星敏感器在轨工作时的探头间相对安装误差存在周期性变化,该误差直接影响了产品融合后姿态的测量精度.为提升产品融合后姿态的测量精度,提出了一种多探头融合姿态计算方法.该方法首先利用多个探头视场内的星点信息作为观测量对探头间安装矩阵误差进行实时估计与补偿,同时基于星点误差特性对安装阵误差估计参数进行修正来提升安装矩阵估计精度,最后设计并采用多视场选星策略选取优质星点的方法进行融合姿态计算,进一步提升安装矩阵估计精度.地面仿真及在轨数据分析结果表明该方法在实现三轴同精度的同时,精度相对于单头提升了30%以上,具有一定的工程应用价值. 展开更多

关键词 星敏感器 多探头 姿态测量精度 安装矩阵估计

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硬X射线调制望远镜卫星甚高精度星敏感器设计与在轨验证 被引量：4

10

作者 梁潇 鹿瑞 +2 位作者 孙大开 曹中祥 武延鹏 《航天器工程》 CSCD 北大核心 2018年第5期83-88,共6页

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的高精度姿态测量需求,研制了一种基于定制CCD图像传感器的甚高精度星敏感器。文章介绍了甚高精度星敏感器的总体设计,包括结构设计、电子学设计、光学设计、软件和算法设计等方面,并进行了甚高精度星... 针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的高精度姿态测量需求,研制了一种基于定制CCD图像传感器的甚高精度星敏感器。文章介绍了甚高精度星敏感器的总体设计,包括结构设计、电子学设计、光学设计、软件和算法设计等方面,并进行了甚高精度星敏感器的地面观星试验和在轨验证,结果表明:甚高精度星敏感器惯性姿态测量精度可达到亚角秒级,相比市场上常规星敏感器的测量精度3″～10″有了进一步的提高。 展开更多

关键词 硬X射线调制望远镜卫星 甚高精度 星敏感器

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飞行时间成像系统的数字仿真技术 被引量：5

11

作者 卢纯青 刘兴潭 +1 位作者 武延鹏 杨孟飞 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2019年第2期56-66,共11页

飞行时间传感器的仿真主要用于评估基于光相位信息的深度数据的处理算法,现有的方法包括基于对场景三维模型生成的特定噪声模式的仿真模型和基于光信号传播的物理过程仿真模型两大类,为飞行时间成像系统建立了特定的仿真平台.但现有的... 飞行时间传感器的仿真主要用于评估基于光相位信息的深度数据的处理算法,现有的方法包括基于对场景三维模型生成的特定噪声模式的仿真模型和基于光信号传播的物理过程仿真模型两大类,为飞行时间成像系统建立了特定的仿真平台.但现有的工作并未考虑环境光干扰对测量数据间的非线性耦合关系,而这种关系是附着/着陆敏感器的重要设计要素之一.本文针对小行星附着任务的需求,研究并建立了包含环境光矢量的飞行时间成像仿真环境,验证了包括环境光模型的飞行时间成像仿真方法,对于飞行时间成像技术在光照条件下的成像性能的评估具有重要意义和应用前景. 展开更多

关键词 飞行时间成像 相位测距 环境光 场景生成 数字仿真

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基于Bipod结构的星敏感器遮光罩安装结构优化设计 被引量：5

12

作者 陈建峰 余成武 +2 位作者 程会艳 隋杰 武延鹏 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2017年第4期68-72,78,共6页

星敏感器是航天器中常用的姿态确定仪器,其测量精度较高,且受外界环境因素、尤其是温度因素影响显著.星敏感器的热稳定性对其精度有着重要的影响,为改善星敏感器的热稳定性,提出一种基于Bipod结构的星敏感器遮光罩安装结构优化设计.通... 星敏感器是航天器中常用的姿态确定仪器,其测量精度较高,且受外界环境因素、尤其是温度因素影响显著.星敏感器的热稳定性对其精度有着重要的影响,为改善星敏感器的热稳定性,提出一种基于Bipod结构的星敏感器遮光罩安装结构优化设计.通过仿真分析,此设计极大的改善了星敏感器结构的热稳定性,提高了星敏感器在轨工作时光轴指向精度的稳定性,且星敏感器的强度与刚度条件均能满足安全设计要求. 展开更多

关键词 星敏感器 Bipod结构 优化设计

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高精度星敏感器遮光罩柔性支撑结构设计与分析 被引量：3

13

作者 刘婧 余成武 +2 位作者 钟红军 隋杰 武延鹏 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2018年第6期51-55,共5页

根据柔性单元的应用特点及高精度星敏感器遮光罩组件的构型特点,选用叶簧结构作为遮光罩柔性支撑结构的主体形式.通过分析支撑结构长度、宽度和厚度尺寸对弯曲刚度的影响,确定主要变量并展开优化设计.通过仿真验证设计结果在刚度和强度... 根据柔性单元的应用特点及高精度星敏感器遮光罩组件的构型特点,选用叶簧结构作为遮光罩柔性支撑结构的主体形式.通过分析支撑结构长度、宽度和厚度尺寸对弯曲刚度的影响,确定主要变量并展开优化设计.通过仿真验证设计结果在刚度和强度上均满足要求,法兰结构在遮光罩采用柔性支撑设计条件下产生的形变是刚性支撑设计的2. 14%.结果表明遮光罩柔性支撑结构设计合理有效,满足空间应用要求,可作为高精度星敏感器热稳定性设计优化的重要方法. 展开更多

关键词 星敏感器 遮光罩 柔性支撑

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一种提高星敏感器动态性能的方法 被引量：11

14

作者 龚德铸 武延鹏 卢欣 《空间控制技术与应用》 2009年第6期19-23,共5页

动态性能作为星敏感器的重要指标之一,对其进行阐述,由此引出提高动态性能的运动补偿法.描述该方法的工作原理和实现方式,包括硬件电荷转移和软件提高信噪比(SNR)两部分,其中硬件电荷转移包括CCD的X和Y两个方向的特殊处理,软件提高信噪... 动态性能作为星敏感器的重要指标之一,对其进行阐述,由此引出提高动态性能的运动补偿法.描述该方法的工作原理和实现方式,包括硬件电荷转移和软件提高信噪比(SNR)两部分,其中硬件电荷转移包括CCD的X和Y两个方向的特殊处理,软件提高信噪比用DSP实现.针对STS星敏感器完成初步设计和计算,表明该方法可以提高星敏感器的动态性能. 展开更多

关键词 运动补偿法 星敏感器 动态性能

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动态拖尾星图模拟算法研究 被引量：5

15

作者 鹿瑞 武延鹏 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2016年第4期57-62,共6页

星图模拟技术是星图识别算法仿真和性能测试的基础.为了更好地模拟星敏感器在轨工作的情况,对星敏感器的软件开发以及自身性能进行有效的地面测试,提出一种动态拖尾星图模拟算法.该算法分为4个步骤:首先根据星敏感器指向在全天球范围内... 星图模拟技术是星图识别算法仿真和性能测试的基础.为了更好地模拟星敏感器在轨工作的情况,对星敏感器的软件开发以及自身性能进行有效的地面测试,提出一种动态拖尾星图模拟算法.该算法分为4个步骤:首先根据星敏感器指向在全天球范围内搜索导航星;接着利用小孔成像模型计算导航星在星敏感器成像面的投影位置;然后在考虑卫星运动引起的恒星拖尾的基础上,按照二维灰度分布规律置灰度值来模拟星像点像素;最后叠加杂散光背景及成像器件引起的噪声.提出的算法具有速度快、精度高及可实现性高等优点. 展开更多

关键词 星敏感器 星图模拟 卫星轨道运动 像移

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星敏感器用仪器星等的确定 被引量：6

16

作者 周建涛 蔡伟 武延鹏 《空间控制技术与应用》 2009年第2期46-50,共5页

仪器星等对正确评估星敏感器的灵敏度、捕获概率以及建立导航星表都有重要的意义。理论推导了色指数与接受器和恒星辐射之间的关系,证明星敏感器仪器星等可以由波段星等线性拟合得出,在此基础上由蓝光和可见光波段星等拟合计算了星敏感... 仪器星等对正确评估星敏感器的灵敏度、捕获概率以及建立导航星表都有重要的意义。理论推导了色指数与接受器和恒星辐射之间的关系,证明星敏感器仪器星等可以由波段星等线性拟合得出,在此基础上由蓝光和可见光波段星等拟合计算了星敏感器的仪器星等,并与实测计算数据做了对比,结果表明用色指数计算仪器星等是可行的。更进一步对误差产生的原因也作了分析探讨,结合最近天文学的研究成果,提出了改进方法,从而使获得的拟合仪器星等与通过13波段观星数据计算得出的仪器星等的标准差不超过0.1个星等,满足当前星敏感器的要求。 展开更多

关键词 仪器星等 星敏感器 色指数

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基于资源一号02B卫星姿态敏感器的自主导航 被引量：2

17

作者 李明群 魏春岭 +4 位作者 梅志武 姚宁 武延鹏 王哲 袁军 《空间控制技术与应用》 2009年第3期58-60,64,共4页

阐述了利用星敏感器和圆锥扫描式红外地球敏感器进行自主导航的原理,以资源一号02B卫星的飞行数据为基础,进行了自主导航的地面实验,发现采用国产红外地球敏感器和星敏感器的资源一号02B卫星可以实现较高精度的自主导航,实验结果说明了... 阐述了利用星敏感器和圆锥扫描式红外地球敏感器进行自主导航的原理,以资源一号02B卫星的飞行数据为基础,进行了自主导航的地面实验,发现采用国产红外地球敏感器和星敏感器的资源一号02B卫星可以实现较高精度的自主导航,实验结果说明了该自主导航方案的可行性. 展开更多

关键词 自主导航 圆锥扫描式红外地球敏感器 星敏感器

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高动态EMCCD星敏感器总体参数设计方法 被引量：1

18

作者 卢纯青 武延鹏 +1 位作者 梁潇 鹿瑞 《空间控制技术与应用》 2013年第6期58-62,共5页

从高动态星敏感器动态性能需求出发,分析了电子倍增型电荷耦合器件(EMCCD,electron multiplying CCD)噪声来源,推导恒星探测中EMCCD的信噪比公式.针对EMCCD总体参数设计优化问题,提出了EMCCD中电子倍增电压和致冷温度的设计方法,并应用... 从高动态星敏感器动态性能需求出发,分析了电子倍增型电荷耦合器件(EMCCD,electron multiplying CCD)噪声来源,推导恒星探测中EMCCD的信噪比公式.针对EMCCD总体参数设计优化问题,提出了EMCCD中电子倍增电压和致冷温度的设计方法,并应用该方法进行高动态星敏感器中EMCCD总体参数设计及仿真.仿真结果表明,角速度为10(°)/s时姿态测量精度优于30″.提出的EMCCD参数确定方法可以为高动态星敏感器设计提供参考. 展开更多

关键词 星敏感器 电子倍增型电荷耦合器件 电子倍增 CCD致冷

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基于星敏感器的卫星角速度估计精度分析

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作者 李晓 赵宏 +1 位作者 武延鹏 王立 《空间控制技术与应用》 2012年第3期16-20,共5页

重点研究星敏感器自身特性对角速度估计精度的影响,分析了星敏感器动态情况下恒星矢量测量精度,推导出恒星矢量测量误差与星像目标中心提取误差之间的关系;进而研究了最小二乘角速度估计算法的精度,得出其精度影响因素:星像目标中心提... 重点研究星敏感器自身特性对角速度估计精度的影响,分析了星敏感器动态情况下恒星矢量测量精度,推导出恒星矢量测量误差与星像目标中心提取误差之间的关系;进而研究了最小二乘角速度估计算法的精度,得出其精度影响因素:星像目标中心提取误差、曝光时间、恒星矢量数目及相互夹角;最后以给定的星敏感器参数和实际恒星分布进行数学仿真,验证了采用星敏感器估计角速度的可行性. 展开更多

关键词 星敏感器 最小二乘 角速度估计

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高灵敏度空间目标自主探测技术研究 被引量：3

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作者 张俊 张洪健 +5 位作者 孙大开 王立 武延鹏 李春艳 钟红军 卢欣 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期80-86,共7页

在线捕获GEO远距离暗弱目标,实时监视轨道目标状态对于空间安全具有越来越重要的意义。在灵敏度接近14 Mv情况下,密集恒星、恒星散射光效应将极大影响目标探测。为解决上述问题,提出一种背景稠密恒星同步剔除和空间目标证认方法,利用目... 在线捕获GEO远距离暗弱目标,实时监视轨道目标状态对于空间安全具有越来越重要的意义。在灵敏度接近14 Mv情况下,密集恒星、恒星散射光效应将极大影响目标探测。为解决上述问题,提出一种背景稠密恒星同步剔除和空间目标证认方法,利用目标短时间内规律运行的特征,实现目标的捕获、分类和在线跟踪,地面仿真和试验充分验证了方法的有效性和准确性。文中方法对于太阳系内行星、小行星探测等深空项目亦具有重要的借鉴意义。 展开更多

关键词 空间目标 高灵敏度 目标探测 空间目标捕获 分类和在线跟踪

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