CMOS星敏感器焦平面装配及标定
高精度星敏感器结构设计与标定
高精度星敏感器结构设计与标定林为才【摘要】Star sensor is a high precision attitude measurement instrument. Structure design and precision calibration method of high-accuracy star sensor is discussed in this paper. The measure errors of optical system can be decreased by using design of big visual angle and relative diameter lightly optical system. Design methods of specular baffle and focus plane assembly are introduced. The precision calibration method of star sensor is presented. The system errors can be diminished as far as possibly by this way. The sensor is calibrated and tested by leica theodolites. It is testified that the precision of star sensor is met,which the precision of single star is less than 3 second.%星敏感器是一种高精度的姿态敏感测量仪器。
研究了星敏感器的结构设计和精度标定方法，通过大视场、大相对孔径的轻小型光学系统的设计，减小光学系统的测量误差；介绍了星敏感器的遮光罩和焦平面组件的设计方法，给出了星敏感器的精度标定方法，利用该方法来最大限度地减小系统误差。
焦平面探测器芯片的主要流程
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基于CMOS APS的星敏感器光学系统参数确定
基于CMOS APS的星敏感器光学系统参数确定
董瑛;邢飞;尤政
【期刊名称】《宇航学报》
【年(卷),期】2004(025)006
【摘要】基于CMOS APS图象传感器的星敏感器是适应航天技术的发展而产生的新一代姿态敏感器.确定光斑形状和大小、光学系统有效通光孔径、视场和焦距等参数是进行星敏感器光学设计的前提.本文基于选定的CMOS APS图象传感器分别对这些参数进行了分析和计算.确定光斑形状和大小的依据是,减小由于探测器像元对光斑能量分布的采样导致点扩散函数变形,从而引起的利用亚像元技术求星像中心的计算误差.光学系统的有效通光孔径与星敏感器所能探测到的极限星等有关,通过从目标辐射特性直到探测器响应的能量计算可以确定孔径的大小.确定视场和焦距首先要满足星敏感器实现全天自主星图识别所需的导航星捕获概率,其次要考虑与之相关的误差.
【总页数】6页(P663-668)
【作者】董瑛;邢飞;尤政
【作者单位】清华大学,精密仪器与机械学系,北京,100084;清华大学,精密仪器与机械学系,北京,100084;清华大学,精密仪器与机械学系,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】V448.22
【相关文献】
1.星敏感器光学系统参数的确定 [J], 黄欣
2.基于CMOS APS的星敏感器光学系统结构设计与优化 [J], 何灵娜;崔维鑫;裴云天
3.基于CMOS APS高精度太阳敏感器 [J], 朱鸿泰;孙胜利;陈桂林
4.基于CMOS APS的星敏感器技术发展研究 [J], 许苏晓;肖靖
5.CMOS APS器件及其在星敏感器中的应用 [J], 李杰;刘金国;刘亚侠;郝志航因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
星敏感器自主在轨标定算法
2008 年第 3 期
袁彦红 ,等 :星敏感器自主在轨标定算法
7
下本文研究了自主在轨标定算法 。
1 星敏感器在轨测量模型
星敏感器误差在轨标定中 , 需确定星敏感器相 对参考系的姿态参数 。坐标系定义如下 。
地心赤道 惯性 坐标系 E2X1 Y1 Z1 为参 考坐标 系 :原点为地心 E; E Z1 轴沿地球自转轴指向北方 ; E X1 轴指向春分点 ; E Y1 轴与 E X、E Z1 轴构成右旋 正交系 ( E X1 Y1 为赤道平面) 。
6 文章编号 : 100621630 (2008) 0320006205
上 海 航 天 A EROSP ACE S HAN GHA I
2008 年第 3 期
星敏 感器自主在轨标定算法
袁彦红 ,耿云海 ,陈雪芹 (哈尔滨工业大学 卫星技术研究所 ,黑 龙江 哈尔滨 150001)
摘 要 :在星敏感器在轨测量的星像点偏移和星敏感器光学透镜焦距变化条件 下研究了一 种自主在轨 标定算 法 。由最小二乘最优估计法在轨标定星敏感器星像 点偏移和 光学透 镜焦距 变化 ,以最小 二乘最 优估值 为量测 ,用 卡尔曼滤波算法设计了星敏感器在轨自主标定模型 。仿真结 果表 明 :该算法可准确 标定星敏感 器星像点偏 移和透 镜焦距变化 。
关键词 :星敏感器 ; 在轨标定 ; 最小二乘最优估计 ; 卡尔 曼滤 波 ; 星像点偏移 ; 透镜焦距变化 中图分类号 :V442 文献标识码 :A
Auton omous On2Ob it Ca libr at ion of Star Sen sor s
YUAN Yan2hong , GEN G Yun2hai , C H EN Xue2qi n
一种星敏感器主点和焦距的加权在轨标定方法
一种星敏感器主点和焦距的加权在轨标定方法聂沛文;刘恩海;王万平;田宏【摘要】星敏感器作为卫星姿态测量装置,其在轨服役过程中,主点和焦距的标定精度是影响其姿态输出精度的主要因素.针对标定过程中含有随机测量噪声偏大的星像点,导致星敏感器主点和焦距的标定结果产生较大偏差的问题,提出了一种星敏感器主点和焦距的加权在轨标定方法.该方法首先建立了星敏感器在轨标定模型,然后引入合理的标定权值,加入到最小二乘估计主点和焦距的过程中,寻找并剔除随机测量噪声偏大的星点,最后将加权估计出的结果作为测量,采用扩展卡尔曼滤波对星图进行处理.仿真结果表明,在星点位置存在较大误差的情况下,该方法能剔除随机测量噪声偏大的坏点.星内角距统计偏差约为传统方法的1/10,与真值相比标定参数精度分别为0.219 9像素、0.148 7像素、3.38 μm.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】5页(P827-831)【关键词】星敏感器;在轨标定;加权;最小二乘估计;卡尔曼滤波【作者】聂沛文;刘恩海;王万平;田宏【作者单位】中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院大学,北京100190;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209【正文语种】中文【中图分类】V448引言星敏感器是一种以恒星为参照系，以星空为工作对象的高精度空间姿态敏感器,被广泛应用于卫星控制中，其主点和焦距的精确校准是实现其姿态测量的重要步骤[1-3]。
在实际的飞行任务中，由于发射时的震动和冲击、以及在恶劣太空环境下和长期工作后的磨损[4-5]，其主点和焦距相对地面标定时发生很大的变化，会导致星敏感器导航精度下降。
因此为了保证星敏感器的观测精度和可靠性，必须对其主点和焦距进行在轨标定。
传统的在轨标定方法[6-9]均是在星像点随机测量噪声较小的条件下进行的，这些方法在随机测量噪声偏大时，并不能很好地选择标定星点，从而导致最终标定结果偏差较大。
CMOS星敏感器焦平面装配及标定
第３ ８卷第 ９ 期
２ １年 ９月 ０１
光 电工 程
Ｏ ｐ ｏ Ｅｌ ｃ ｒ ｎ ｃ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｔ — ｅ ｔｏ ｉ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ
Ｖ １ ８ Ｎｏ ９ Ｏ ＿ ． ； ３
Ｓｅ ，２ １ ｐｔ ０１
文章 编号 ：１ ０ — ０ Ｘ（０ １０ — ０ １０ ０ ３ ５ １ ２ １）９ ０ ０ — ５
．
ｔｌ ｅ ｅ ｔｒ ｐｌｎｅ ａ ｅ ａ ｑｕ ｒ ｄ ｂ ｏｎ ａ ｓ ｎ ｏ － ｘｉ ｓａ ｅ ｏｒ ｉ ａ ｎｇ ｔ ｓ ｈｒ ｕｇｈ ｏｌ ｍ ａ ｏ ’ ｉ ａ ｅ ｐｌｎｅ ｉｔｏｆ ｄ ｔ ｃｏ ａ ｒ ｃ ｉｅ ｙ — ｘｉ ａ ｄ ｆ ａ ｓ ｔ ｒ ｓ ｎｓ ｍ ｇｉ ｅ ｔ ｔ ｏ ｃ ｌ ｉ ｔ ｒＳ ｍ ｇ ａ ｍｏ ｎ ｖｉ ｇ．Ｓｏ ｅ ＣＭ ＯＳ ｔ ｒｓ ｎ ｏ ｉ ５ ｍ ｏ ａｌｌｎｇ ｈ ｍ ｓａ ｅ ｓ ｒｗ ｔ ０ ｍ ｈ ｆ ｃ ｅ ｔ ，Ｆ／ ． ，ａ ０。ｆｅ ｄ ｏｆｖ ｅ ｉ ｕｃ ｅ ｓｕｌｙ ａ ｓ ｍ ｂｌｄ ｄｅ Ｉ２５ ｎｄ ２ ｉ ｌ ｉ ｗ ｓｓ ｃ ｓ ｆ ｌ ｓ ｅ ｅ ｕｎ ｒ
ＺＨ Ｏ Ｎ Ｇ ｎｇ ， ＪＩ Ｇ ｕ Ｘｉ Ｎ ａｎｇ ， Ｗ Ａ Ｎ Ｇ ｏ Ｘ Ｉ Ｇ ｉ Ｄ ｎｅ ， Ｎ Ｆｅ
（ ． ｈ ｎ ｃ ｕ ｓ ｔｔｏ ｐｉ ， ｉｅ ｃａ ｉ ｎ ｉ ， ｈｎｓ ａ ｅ ｙｏ Ｓ ｉ ｃｓ Ｃ ａｇ ｈ ｎ１０ ３ ， ｈｎ ； １ Ｃ ａｇ ｈ ｎ ｎｔｕｅ ｆＯ ｔｓＦｎ ｈ ｎｃ ａ ｄ Ｉ ｉ ｃ Ｍｅ ｓ Ｐ ｃ Ｃ ｉｅｅ ｓ Ａｃｄｍ ｃ ｎ ｅ， ｈ ｎ ｃ ｕ ３ ０ ３ Ｃ ｉａ ｆ ｅ ２ Ｄｅａｔ ｅ ｔ Ｐ ｅｉｏ ｓ ｕ ｎ ｎ ｃａ ｉｓＴｉ ｈ ａＵ ｉ ｒｉ ， ｅ ｉ ０ ０ ４ Ｃ ｉ ． ｐ ｒ ｎ ｒｃ ｉｎ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｄＭｅｈ ｎｃ，ｓ ｇ ｕ ｎｖ ｓｙ Ｂ ｉｎ １ ０ ８ ， ｈｎ ｍ ｏ ｆ ｓ Ｉ ｒ ａ ｎ ｅ ｔ ｊ ｇ ａ）
利用系统辨识的星敏感器模型修正与测角精度检测
２ ０ １ ３ 年１ 月
光 电工 程
Ｏｐ ｔ ｏ — Ｅｌ ｅ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
ｖｏ１ ． ４０ ． Ｎ ｏ． １ Ｊ ａ ｎ 。２ ０１ ３
文 章编 号 ：１ ０ ０ ３ — ５ ０ １ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ３ ８ — ０ ６
。
ｈ ｔ ｔ ｐ ： ｌ ｌ ｗｗｗ． ｇ ｄ ｇ ｃ ． ａ ｃ ． ｃ ｎ
第４ Ｏ卷 第 １ 期
张 宁 ，等 ：利用系统辨识的星敏感 器模 型修正 与测角精度检测
３ ９
０ 引 言
星敏 感 器是一 种高 精 度的姿 态 敏感 器Ｌ １ 之 Ｊ ， 具 有高 精度 和绝 对测 量 的优 势 ，在航 天 器的姿 态 测量 中得 到 广泛 应 用 。 目前 ，大视 场 、高精 度 成为 星敏 感 器的 主要 特点 ，并 且体 积 、 质量 、功 耗 不断缩 小 。为 了提 高 星敏 感 器的整 体测 量精 度 ，必 须提 高单 星测 量精 度 ，进 而需 要对 星敏 感 器的 焦距 、主 点 、光学 系统 的成 像 畸 变等 参 数进行 精 确的 测量 ，并 进一 步 对星 敏感 器模 型进 行修 正 。 目前 ，采 用的模 型 修正 方式 有很 多种 ，但 主要 采 用几 何方 法 建立星 敏 感器 的精 确测 量模 型 ， 然 后 通
过实测数据计算模型参数，进而完成修正 。但是在实验室测试过程中发现 ，由于模型建立过程中误差 因素
考 虑 不够 全面 ，对 星敏 感 器的主 点 、焦 距 、畸变 测试 过程 中不可 避免 的带 来误 差 ，从而 不能 准 确的对 模 型
一种星敏感器主点和焦距的加权在轨标定方法
87%.-+5.&08-8-63..263-6626*43C3-8*+3C3,643<273$6V37-.2Q+-62),-77*+-7D)/6V386-+83,8)+l8 1+2,721-.1)2,6-,4/)7-..3,N6V83+<38-86V3 C-2,/-76)+-//3762,N6V3-77*+-7D)/268-6626*43 )*61*64*+2,N6V3),>)+Q2683+<2731+)73882),:U/6V37-.2Q+-62),1+)73887),6-2,86V386-+2C-N3 1)2,6Z26V.-+N3+-,4)C C3-8*+3C3,6,)283$6V28Z2...3-46).-+N343<2-62),)/6V37-.2Q+-62),+3> 8*.6)/6V386-+83,8)+l8C-2,1)2,6-,4/)7-..3,N6V:02C2,N-66V281+)Q.3C$-Z32NV634),>)+> Q267-.2Q+-62), C36V)4)/1+2,721-.1)2,6-,4/)7-..3,N6V/)+86-+83,8)+Z-81+)1)834:G2+86.D$ 6V3C36V)4386-Q.28V346V3),>)+Q267-.2Q+-62), C)43.)/6V386-+83,8)+:IV3, Z3-4434-+3-> 8),-Q.37-.2Q+-62),Z32NV66)6V3.3-868]*-+383862C-62),:U,6V28Z-D$Z3/)*,4-,4+3C)<34 6V31)2,68Z26V.-+N3+-,4)C C3-8*+3C3,6,)283:G2,-..D$6V3Z32NV634.3-86>8]*-+383862C-62), +38*.6Z-883+<34-86V3C3-8*+3C3,6$-,46V33f63,434 T-.C-,/2.63+Z-8*8346)1+)73886V3 86-+2C-N3:IV382C*.-62),+38*.688V)Z6V-6$2/6V3+328-.-+N33++)+2,6V31)8262),)/6V386-+ 1)2,6$6V28C36V)47-,+3C)<36V3Q-41)2,68ZV3+36V3+-,4)C C3-8*+3C3,6,)283286)).-+N3: IV386-628627-.43<2-62),)/6V3-,N*.-+4286-,7328-Q)*6&'&%)/6V36+-4262),-.C36V)4:W)C> 1-+34Z26V6V36+*3<-.*3$6V3-77*+-7D)/6V37-.2Q+-62),1-+-C363+828%:$&""12f3.$%:&F'? 12f3.-,4!:!'"C$+3813762<3.D:
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光电工程
Ｏｐｔｏ—Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
、，０１．３８，Ｎｏ．９ Ｓｅｐｔ，２０１１
文章编号：１００３—５０１Ｘ（２０１ １）０９—０００１—０５
ＣＭＯＳ星敏感器焦平面装配及标定
钟
兴１，金 光１，王 栋１，邢
飞２
（Ｉ．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春１３００３３・ ２．清华大学精密仪器与机械学系，北京１０００８４）
ｅｒｒｏｒ
ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｏ ６．６”ｗｈｅｎ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｉｎｇｌｅ ｓｔａｒ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＭＯＳ ｓｔａｒ ｓｅｎｓｏｒ；ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ；ａｓｓｅｍｂｌｙ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ
０
引
言
进入二十一世纪以来，星敏感器的研究和制造向自主导舟元的慨念靠近，发展趋势表现为视场大，星表 小，探沏ＩＪ星等低。由于视场大，因此只需要探测较亮的星就可以满足探测星数的要求。可以保持较高的姿 态须０鼠精度。当前广为应用的是ＣＣＤ星敏感器，但近几年ＣＭＯＳ的使用使星敏感器的发展出现新的飞跃。 与ＣＣＤ星敏相比，ＣＭＯＳ星敏＿ｔ要具有抗辐照性能好、电接ｒ】简单和低功耗等优点‘１。２１。 在星敏感器镜头研制完成后，焦平面期Ｊ．日Ｊ的精确装配是保障其精度的蘑要环节。一般的成像光学系统 带有调焦机构，因此焦平面装配相对简单。但星敏感器镜头具有相对孔径大，焦深小的特点ｐ Ｊ，并且为了
收稿日期：２０ｌＩ－０３－１７ｌ收到修改稿日期：２０ｌ
Ｉ－０５一１３
基金项目：ｌ目宗８６３高技术研究Ｉ发Ｉｆ畦Ｉｆ划资助项Ｕ 作者简介：钟；≮《１９８２・）．易（汉族）．四川ｆｌ贡人．博ｔ＝．＝ｌｌｆｌＦ究唰，卡婴研究Ｔ＝作是巾ｆｎＪ光学系统ｌ殳１１０枪删．Ｅ・ｍａｉｌ：ｃｉｏｍｐｅｒ＠１６３．ＣＯｌｎ。
软件中明显地看到星点大小的变化，平行光管的焦距也应该越长越好。 根据上述两个方面的分析，本文在实际测试中使用了焦距１．６ ｍ的平行光管，星点直径００．１ ｍｍ，取
得了较好的效果。 ２．４像差对测量影响的修正
由于ＣＭＯＳ星敏感器镜头属于宽谱段的大视场大相对孔径镜头，虽经光学设计校正，但轴向色差及场 曲不可避免存在一定残余。在球差、慧差和像散都校正良好的情况下，像时的弯曲为高次非球面形状。本 质上反映场曲性质的量为细光束子午场曲ｘ：和细光束弧矢场曲工：．它们仅与视场有关巾１：
点大小变化的空间分辨能力。另外，暗电流噪声起伏引起的星点像随机变化也会造成判读误差。因此，必 须使平行光管像面移动过程中星点的变化非常显著，才有利于焦面位置的判断。若采用２００ ｍｍ焦距的平
行光管配合ｍ０．１ ｍｍ星点板，星敏合焦时高斯像点的直径为００．０２５ １１１ｍ，离焦Ｏ．０２ ｍｍ时高斯像点的直径 为００．０３３ ｍｍ，变化量仅为３２％。而采用ｌ ｍ焦距的平行光管（星点板不变）时，星敏合焦时高斯像点的直 径为①５ ｌｕｎ，离焦Ｏ．０２ ｍｍ时高斯像点的直径为ｔＤｌ３ ｇｍ，变化量可达１６０％。因此，为了便于在图像采集
ｒａｉｎ。
图１
Ｆｉｇ．１
离焦引起的能量集中度下降
Ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｇａｕｓｅｄ ｂｙ ｄｅｆｏｃｕｓ
‘焦平面与光轴的不垂直也可理解为轴外视场的离焦，因此当边缘视场也保证０．０２ ｎｕｎ的离焦量时，倾 斜角度咖应当小于ａｒｃｔａｎ（０．０２／Ｌ），Ｌ为探测器对角线长度的一半。对于本文星敏感器使用的ＣＭＯＳ器件， Ｌ为１０．８６ｍｍ，因此卿应小于６．３’。 从上述分析归纳出焦平面的装配要求，与最佳位置的偏离在轴向上应优于０．０２ ｒｎｍ，与光轴的倾斜应
调整到６．３’以内。
２焦平面装配
２．１检测系统搭建
光学系统的公差分配以像差为指导，一般将后 截距作为补偿量。在透镜半径公差和厚度公差的共 同作用下，后截距的实际值与设计值将有较大范围 的偏离，这一偏离值大于装配精度要求。因此，必 须对其进行检测以确定焦面位置。搭建ＣＭＯＳ星敏 感器焦平面装配及标定的测试系统如图２所示，采
Ｆｏｃａｌ ｐｌａａｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｎｄ ｃａｌｉｂｒａｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ
Ｆｉｇ．２
ｍｅａｓｍｔ
ＣＭＯＳ蛐ｓｅｌＩｓｏｒ
利用图２的系统可对粗装配后的焦平面误差进行检测。当调整平行光管像面前后移动时，利用采集软 件提供的星点图像灰度数值显示功能，会很容易地寻找到一个最佳位置。记录下此时平行光管像面位置与
轴旋转的角度：
Ｉ伊，ｌ－ａｒｃｔａｎｉ÷
盯
（４）
Ｆｉｇ．３
图３焦平面倾斜测量原理
Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ’ｓ ｔｉｌｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
Ｊ
ｔａ曲∞ｙ
２．３平行光管焦距选择分析 将式（１）两边微分，得到离焦量误差：
堕：ｌ一 ———Ｆ———二———一
弼
５ （）
厂［手＋焉ｂ】２
万方数据
第３８卷第９期
钟兴等：ＣＭＯＳ星敏感器焦平面装配及标定
３
原始无穷远焦面位置的差值ｑ。由高斯光学原理，星敏靶面的离焦量吒可利用下式计算：
仃：＝厂一丁１耳 ——－ｌ－————一
ｊ
｛ｐ
１９’ｏ、
式中：厂为星敏焦距，石为平行光管焦距 安装平行光管，使其光轴与星敏感器本体基准对齐。利用测角法对平行光管的实际焦距进行测量并检 校芦】。在平行光管的无穷远像面安装玻罗板并照明，将徕卡经纬仪放置在平行光管物镜处，调光轴水平， 检测玻罗板上长度为Ｙ的刻线通过平行光管的张角ｃｏ。利用式（２）计算平行光管焦距，并将其代入式（１）进行 计算。 丘＝ｙ／（ｔａｎ缈） 转的情况下，其旋转角度由绕Ｘ轴旋转角度伊。和绕Ｙ轴旋转角度织合成：
对孔径ｌ门．２５，全视场２００的ＣＭＯＳ星敏感器的焦平面装配和主距标定。实践证明本文方法具有较强的工
程借鉴意义。 １
装配要求分析
焦平面装配的目的本质上是保证探测器感光面的空间位置，因此，在直角坐标系下，其误差包括三个
方向的平移和绕三个轴的旋转。对于星敏感器光学系统，焦平面绕光轴的旋转和在垂直光轴平面内的平移 属于系统误差，经过基准标定后不影响工作性能。因此，星敏感器焦平面的装配首先应保证其轴向位置， 其次是与光学系统光轴的垂直度。 焦平面装配不佳导致的能量集中度变弱是影响 星敏感器工作性能的主要因素。对于本文研究的星敏 感器，正常工作要求３ｘ３像素范围内能量集中度在 ９５％以上１４Ｊ。利用光学设计数据，在ＺＥＭＡＸ中对误 差作用下的能量集中度情况进行了计算，结果如图ｌ 所示，纵坐标均为各视场平均的３ｘ３像素范围内的能 量集中度。从图１可以看出，当离焦量大干０．０１
摘要：针对高精度ＣＭＯＳ星敏感器的使用要求，本丈对焦平面装配的误差进行了理论分析，搭建了ＣＭＯＳ星敏 感器装配及标定测试系统，利用长焦距平行光管像面移动测量方法进行了星敏感器轴上和轴外的星点成像，获取
了焦平面离焦量及倾斜数据．在这些数据指导下，成功完成了对某焦距５０ ｍｍ，相对孔径ｌ／１．２５，全视场２００的
ａｒｅ ｓｅｎｓｏｒ
ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｄｅｆｏｃｕｓｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ’Ｓ ｉｍａｇｅ ｐｌａｎｅ
ａｃｑｕｉｒｅｄ ｂｙ ｏｎ—ａｘｉｓ ａｎｄ ｏｆｆ－ａｘｉｓ ｓｔａｒ
ｓｅｎｓｏｒ
ｓｅｎｓｏｒ
ｉｍａｇｉｎｇ ｔｅｓｔ
ｍｏｖｉｎｇ．Ｓｏｍｅ ＣＭＯＳ ｓｔａｒ
用亮度可调的白光ＬＥＤ作为系统的光源，可避免光
Ｒｅｍｏｖａｂｌｅ ｉｍａｇｅ ｐｌａａｅ Ｌｅｎｓ ｕｎｄｅｒ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ
源频闪对成像的影响。平行光管像面位置前后可调。 星敏感器安装在高精度转台上，由计算机负责星敏 感器图像信号和转台角度信息的采集。
２．２焦平面位置测量原理
图２
ＣＭＯＳ星敏感器焦平面装配及标定测试系统
ａｒｅ
ｄｏｎｅ ｗｉｔｈ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｔｏ ｂｅ ４９．７７ ｍｍ，ａｎｄ ｔｈｅ
ｓｅｎｓｏｒ
ｉｓ
０．００７ ２ ｍｒｎ．Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｒ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ
ｃａｎ
ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｉｒｄ ｏｒｄｅｒ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ ｆｉｔｔｉｎｇ ｄａｔａ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ
ｗｉｔｈ ５０ ｍｍ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ，Ｆ／Ｉ．２５，ａｎｄ ２０。ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ ｉｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｕｎｄｅｒ ｍｍ，ａｎｄ ｔｉｌｔ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ２’．Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｔｅｓｔ ａｎｄ
ｅｒｒｏｒ
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ｄａｔａ．Ｄｅｆｏｃｕｓｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ０．０ １ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ
使用要求．
关键词：ＣＭＯＳ星敏感器；焦平面；装配；标定 中图分类号：Ｖ４４８．２２２ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９４．ｉｓｓｎ．１００３．５０ＩＸ．２０１
１．０９．００１
Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｎｄ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ ｏｆ ＣＭＯＳ Ｓｔａｒ Ｓｅｎｓｏｒ
ＺＨＯＮＧ Ｘｉｎ９１，ＪＩＮ
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｎｄ
Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，两ｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ’Ｓ ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ ｔｏ ｍａｔｃｈ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ＣＭＯＳ ｓｔａｒ ｓｅｎｓｏｒ．Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｎｄ ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ＣＭＯＳ ｓｔａｒ ｔｉｌｔ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｐｌａｎｅ