原创《星敏感器温度误差建模和补偿方法》：本文关于误差论文范文,可以做为相关论文参考文献,与写作提纲思路参考。
摘 要： 提出一种星敏感器温度误差建模和补偿方法. 分析了温度对星敏感器光学系统和CCD器件影响机理, 建立了星敏感器温度误差模型. 在此基础上, 提出一种补偿星点定位误差的方案, 能够有效修正受温度影响的星点质心位置偏移, 提高星敏感器的工作精度. 仿真验证表明, 温度变化对星敏感器光学系统性能影响显著, 对CCD暗电流噪声的影响相对较小, 针对光学系统设计的补偿方案能有效提高星敏感器的测量精度.
关键词： 星敏感器； 温度误差模型； 测量精度； 补偿
中图分类号： TJ765.1； V448.2 文献标识码： A文章编号： 1673-5048（2017）05-0068-070引言
星敏感器作为天文导航系统的核心测量器件, 具有自主性高、 实时性好等优势, 在导航领域应用前景广阔, 且其精度很大程度上决定了天文导航系统的精度[1]. 但是, 星敏感器是一种复杂的光电器件, 对环境的变化十分敏感, 尤其是温度变化. 国内外对空间光学系统进行研究时发现, 热真空环境引起的误差占总误差的一半以上[2], 是星敏感器在空间工作时精度下降的主要原因. 因此, 对星敏感器温度误差进行分析和补偿对研发高精度的星敏感器有重要意义.
目前, 国内外对星敏感器温度误差的研究可分为硬件性能和软件算法两个方面. 通过改善硬件性能抑制温度对星敏感器的影响, 这种方法成本高、 难度大. 通过对星敏感器温度误差进行建模, 利用软件算法对温度误差进行补偿的文献较少[3-4], 所建模型还不够完善. 针对上述问题, 本文在对星敏感器温度误差分析的基础上, 建立了较完善的星敏感器温度误差模型, 并设计了星点定位误差的补偿方案, 有效提高了星敏感器在复杂温度环境下的测量精度.
1星敏感器温度误差分析和建模
温度对星敏感器的测量精度有着重要影响. 星敏感器由光学系统、 光电转换电路、 控制和数据处理电路等部分构成[5], 温度的影响主要体现在光学系统和光电转换电路中的CCD器件两个方面. 光学系统由多个光学元器件构成, 温度的变化主要通过各光学元器件折射率、 曲率半径等参数的改变反映在光学系统整体的焦距位移和镜头畸变上[6]； 光电转换电路中CCD器件的性能决定了星图的成像质量, 其中, 暗电流噪声和温度密切相关, 直接影响星点质心提取的精度, 进而导致星敏
收稿日期： 2016-11-27
基金项目： 国家自然科学基金项目（61673040； 61233005）； 航空科学基金项目（2015ZC51038； 20160812004）； 天地一体化信息技术国家重点实验室开放基金项目（2015-SGIIT-KF -DH-01）； 2015年度北京航空航天大学教改资助项目
作者简介： 赵雨楠（1994-）, 女, 山西晋中人, 硕士研究生, 研究方向为惯性导航、 组合导航.
引用格式： 赵雨楠, 王新龙, 王盾, 等. 星敏感器温度误差建模和补偿方法[ J]. 航空兵器, 2017（ 5）： 68-74.
Zhao Yunan, Wang Xinlong, Wang Dun, et al. Temperature Error Modeling and Compensation for Star Sensor[ J]. Aero Weaponry, 2017（ 5）： 68-74. （ in Chinese）感器測量误差. 温度对星敏感器测量误差的影响关系如图1所示.
1.1温度对星敏感器光学系统的影响
（1）温度对焦距位移的影响
为了衡量温度变化对光学系统焦距位移的影响, 需要通过光学知识求解光学系统的温度焦距位移系数αf. 单透镜的温度焦距位移系数αfi为[7-8]
αfi等于1fidfidT等于-Bgini-1+αgi（1）
式中： fi为透镜的焦距； Bgi为折射率温度变化系数； αgi为透镜的线膨胀系数. 可以看出αfi只和玻璃材料的光学特性有关, 表征透镜的焦距随温度的变化率.
星敏感器光学系统由多个透镜组成, 其整体的温度焦距位移系数αf和焦距位移量Δf为
αf等于f∑ni等于1αfifi
Δf等于αf·f·ΔT （2）
根据式（2）可知, 同一温度和焦距下, 焦距位移量的大小取决于焦距位移系数αf, 其只和组成该透镜组的各透镜光学材料有关, 和光学系统的基本结构和具体参数无关.
（2）温度对镜头畸变的影响
镜头温度畸变可以改变恒星的入射角和出射角的关系[9], 因此, 从光学角度建立入射角和出射角的数值关系作为光学系统的温度畸变模型. 入射角θ保持不变, 相对应的出射角ψ会随着温度的改变而变化； 若温度为地面标定温度, 入射角θ和出射角ψ相等. 据此, 得到温度畸变模型为
ψ等于θ+a1（ΔT）3+a2（ΔT）2+a3ΔT+a4（3）
式中： ΔT为温度变化量； a1～a4为模型系数. 式（3）描述了在温度影响下出射角和入射角的关系, 物理意义明确.
1.2温度对星敏感器CCD器件的影响
温度对CCD器件的影响主要表现为半导体热激发所引起的暗电流噪声. 暗电流噪声可分为暗电流散粒噪声和暗电流不均匀噪声两类[10]. 暗电流的产生源于半导体的热激发, 这是一个随机过程, 产生了暗电流散粒噪声； 同时, CCD各个像元产生的暗电流分布不均匀, 产生了暗电流不均匀噪声. 随着温度的增加, 暗电流增大, 两类暗电流噪声也随之增大.
航空兵器2017年第5期赵雨楠, 等： 星敏感器温度误差建模和补偿方法实际工程中, 通常采用实验方法检测CCD噪声的大小[11]. 实验表明： 温度大于300 K时, CCD暗电流噪声随温度增加呈指数增加, 量级较大； 温度小于300 K时, CCD暗电流噪声的影响可忽略.
误差论文参考资料：
结论：星敏感器温度误差建模和补偿方法为关于对不知道怎么写误差论文范文课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文误差范围论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料下载。
