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摘要

为分析恶劣空间辐射环境导致星敏感器性能退化、姿态测量精度降低的原因, 深入研究了 ⁶⁰Co-γ 射线辐射环境下互补金属氧化物半导体有源像素传感器(complementary metal oxide semiconductor active pixel sensor, CMOS APS)电离总剂量效应对星敏感器星图识别的影响机理. 通过搭建外场观星试验系统, 实际观测天顶和猎户座天区, 经过星图数据采集、星点提取与星图识别等试验流程, 获得 ⁶⁰Co-γ 射线辐照后CMOS APS噪声对星图背景灰度均值、识别星点数量的影响机理, 并提出一种寻找被辐射噪声湮没星点的识别算法. 通过理论推导分别建立了CMOS APS暗电流噪声、暗信号非均匀性噪声和光响应非均匀性噪声与星点质心定位误差的定量关系. 研究结果表明 ⁶⁰Co-γ 射线辐照后星敏感器星图背景灰度均值增大、星点识别数量减少, CMOS APS辐照后噪声增大导致星点质心定位误差增大, 从而影响星敏感器的姿态定位精度, 该研究结果为高精度星敏感器的设计和抗辐射加固提供一定的理论依据.

关键词:

Abstract

In order to analyze the causes of star sensor performance degradation and attitude measurement accuracy reduction in space radiation environment, the total ionizing dose effects on complementary metal oxide semiconductor (CMOS) star sensor performance are studied. By using an established outfield star sensor test system, the Orion Nebula and the zenith direction of the sky are imaged. Through the experimental processes of star map data acquisition, star point extraction and star map matching, the influence mechanisms of complementary metal oxide semiconductor active pixel sensor (CMOS APS) noises on background gray mean value of star map and number of identified stars are analyzed. A recognition algorithm for finding stars annihilated by radiated noise is proposed. Through theoretical derivation, the quantitative relationships between CMOS APS dark current noise, dark signal non-uniformity noise and photon response non-uniformity noise and star centroid positioning error are established. The γ radiation results show that the image gray-mean of the whole star map increases, the number of identified stars decreases, and the star point centroid positioning accuracy decreases, which seriously affect star map recognition of star sensor. This research provides a theoretical basis for the radiation-resistant reinforcement design of high precision star sensors.

Keywords:

star sensor/
radiation damage mechanism/
star map recognition/
complementary metal oxide semiconductor active pixel sensor/
recognition algorithm

作者及机构信息

1.
2.
3.

通信作者:冯婕,fengjie@ms.xjb.ac.cn; 李豫东,lydong@ms.xjb.ac.cn;

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 12175307)和自治区天山青年计划(批准号: 2019Q85)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.
3.

Corresponding author:Feng Jie,fengjie@ms.xjb.ac.cn; Li Yu-Dong,lydong@ms.xjb.ac.cn;

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 12175307) and the Tianshan Youth Program of the Autonomous Region, China (Grant No. 2019Q85).

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参考文献

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施引文献

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累积剂量/krad(Si)	积分时间/ms	背景灰度均值/e^–
7.5	95.6	5381.3
	143.4	5381.7
	525.6	5413.7
10.0	95.6	6850.6
	143.4	6842.1
	525.6	6911.3
20.0	95.6	15337.5
	143.4	15385.2
	525.6	15394.1
50.0	95.6	26813.5
	143.4	26828.3
	525.6	26836.6

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累积剂量/krad(Si)	识别星点数目
0	11
7.5	10
10.0	9
20.0	7
50.0	5

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