專利名稱：一種提高aps星敏感器靈敏度的方法
技術領域：
本發明涉及一種APS星敏感器高靈敏度設計方法，可以實現APS星敏感器的高靈敏度，可應用與所有基于APS圖像傳感器的星敏感器。
背景技術：
圖像傳感器是星敏感器的核心器件，從星敏感器出現至今，圖像傳感器的發展經歷了以下三個階段光電倍增管和析像管、掩模式硅探測器、固態陣列式自掃描圖像傳感
ο20世紀70年代以來，CXD和CID等固態陣列式自掃描圖像傳感器相繼出現，人們開始采用固態圖像傳感器作為星敏感器的探測器件。同時由于CCD具有工作電壓低、空間穩定性好、分辨率和靈敏度高、噪聲低、體積小、重量輕等優點，在星敏感器等成像技術領域中逐漸占據了主導地位。自上世紀八十年代初，C⑶在星敏感器中開始大量應用，并成為星敏感器的首選圖像傳感器。CXD在星敏感器中應用過程中，也逐漸暴露出以下幾個方面的缺點(I)CCD要求較多的供電電源種類，增加了星敏感器二次電源的復雜度；(2) CCD抗空間輻照能力相對較低，其像素壞點受空間輻照影響而大量增加；(3)(XD的像素電荷需經串行順序轉移至輸出端。增加了 CXD的功耗，同時由于電荷轉移效率不能達到100%，使信號在轉移過程中存在衰減，對信號質量造成影響，增加了誤差；(4) CXD的復雜制造工藝，使其無法集成驅動時序以及AD轉換等電路。因此CXD星敏感器的外圍及接口電路設計復雜，難以進一步減小功耗和體積。基于CMOS工藝的APS圖像傳感器于上世紀九十年代初得到快速發展。CMOS圖像傳感器采用超大規模集成電路的制造工藝，集成度高，克服了 CCD的上述相關問題，與CCD 相比，具有集成度高、功耗低、可靠性高、耐輻照能力強等優點。隨著CMOS工藝的成熟和技術的不斷發展，APS圖像傳感器正在逐漸克服以往光照靈敏度、信噪比等方面的局限，現階段APS器件在很多性能方面已同CCD旗鼓相當。APS星敏感器是未來星敏感器的發展趨勢。具有體積小、重量輕、功耗低、精度高的特點，彌補了我國目前主流的CCD星敏感器存在的體積重量大、功耗較高等不足，是未來幾年國內外的發展趨勢。由于CMOS技術工藝以及有源像元的結構特點，APS圖像傳感器的工作原理、操作和讀取方式、噪聲種類等與CCD有較大區別，其在星敏感器等空間應用方面尚存在較多有待研究的問題，突出表現在其探測靈敏度偏低。由于APS圖像傳感器的像素內部集成放大電路，降低了填充因子，因此APS固有像素結構特點決定了其存在相比CCD的靈敏度偏低問題。靈敏度是星敏感器重要指標，表征其視場內能夠探測到最暗星的能力，是保證星敏感器功能、姿態輸出精度和捕獲概率等性能指標的基礎及前提。高靈敏度APS電路是APS星敏感器中的關鍵技術，是實現高精度、高數據更新率的重要保證。
發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供了一種APS星敏感器高靈敏度設計方法，實現了 APS星敏感器高的探測靈敏度，可靠保證了星敏感器的測量精度、捕獲概率、數據更新率等關鍵性能。本發明的技術解決方案是一種提高APS星敏感器靈敏度的方法，所述星敏感器采用基于CMOS工藝的APS芯片作為圖像傳感器，包括下列步驟(1)根據恒星的光信號在APS星敏感器中的光電轉換傳遞路徑，建立基于光學系統、APS工作電路的星點輻射能量傳遞模型，確定APS圖像傳感器的量子效率、填充因子、積分時間，確定光學系統的通光孔徑、透過率、中心波長，并選擇滿足要求的光學系統；(2)利用步驟(1)中確定的APS圖像傳感器的量子效率、填充因子，選擇APS圖像傳感器，并根據步驟(1)中確定的APS圖像傳感器的積分時間，確定APS圖像傳感器的驅動時序；(3)根據步驟(1)中建立的基于光學系統、APS工作電路的星點輻射能量傳遞模型中的電源及電路噪聲的要求，設計APS工作電路；(4)按照APS星敏感器的工作原理，利用上述確定的光學系統、APS圖像傳感器及其驅動時序以及APS工作電路對恒星進行成像，并提取恒星坐標，并最終輸出APS星敏感器相對于慣性空間的姿態。
所述步驟(1)中基于光學系統、APS工作電路的星點輻射能量傳遞模型為
其中，ε Aps為恒星通過光學系統到達到探測器像面像素上的能量
權利要求
1.一種提高APS星敏感器靈敏度的方法，所述星敏感器采用基于CMOS工藝的APS芯片作為圖像傳感器，特征在于包括下列步驟(1)根據恒星的光信號在APS星敏感器中的光電轉換傳遞路徑，建立基于光學系統、 APS工作電路的星點輻射能量傳遞模型，確定APS圖像傳感器的量子效率、填充因子、積分時間，確定光學系統的通光孔徑、透過率、中心波長，并選擇滿足要求的光學系統；(2)利用步驟⑴中確定的APS圖像傳感器的量子效率、填充因子，選擇APS圖像傳感器，并根據步驟(1)中確定的APS圖像傳感器的積分時間，確定APS圖像傳感器的驅動時序；(3)根據步驟(1)中建立的基于光學系統、APS工作電路的星點輻射能量傳遞模型中的電源及電路噪聲的要求，設計APS工作電路；(4)按照APS星敏感器的工作原理，利用上述確定的光學系統、APS圖像傳感器及其驅動時序以及APS工作電路對恒星進行成像，并提取恒星坐標，并最終輸出APS星敏感器相對于慣性空間的姿態。
2.根據權利要求1所述的一種提高APS星敏感器靈敏度的方法，其特征在于所述步驟(1)中基于光學系統、APS工作電路的星點輻射能量傳遞模型為ε APS彡εω其中，ε Aps為恒星通過光學系統到達到探測器像面像素上的能量 ( nD2 τ \
3.根據權利要求1所述的一種提高APS星敏感器靈敏度的方法，其特征在于所述步驟O)中APS圖像傳感器的驅動時序采用耐輻照ASIC實現，耐輻照要求一般高于 IOOkrad(Si)。
4.根據權利要求1所述的一種提高APS星敏感器靈敏度的方法，其特征在于所述步驟(4)中提取恒星坐標步驟如下(4. 1)將對恒星進行成像后得到的整幅星圖分為若干個圖像區，分區原則為按照圖像在列方向像素差異不超過5個灰度差的原則，進行分區； (4. 2)對上述各區的圖像的背景均值分別進行計算；(4. 3)判斷待提取的恒星位于上述哪個區，根據恒星所在區域的背景均值采用內插求星點能量重心算法提取恒星坐標。
全文摘要
一種提高APS星敏感器靈敏度的方法，所述星敏感器采用基于CMOS工藝的APS芯片作為圖像傳感器，步驟(1)根據恒星的光信號在APS星敏感器中的光電轉換傳遞路徑，建立基于光學系統、APS工作電路的星點輻射能量傳遞模型，確定APS圖像傳感器的量子效率、填充因子、積分時間，確定光學系統的通光孔徑、透過率、中心波長，并選擇滿足要求的光學系統；(2)利用上述量子效率、填充因子，選擇APS圖像傳感器，并根據積分時間，確定APS圖像傳感器的驅動時序；(3)根據建立的基于光學系統、APS工作電路的星點輻射能量傳遞模型中的電源及電路噪聲的要求，設計APS工作電路；(4)對恒星進行成像，并提取恒星坐標，并最終輸出APS星敏感器相對于慣性空間的姿態。
文檔編號G01C21/02GK102506856SQ201110354350
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月10日 優先權日2011年11月10日
發明者余成武, 劉婧, 劉達, 盧欣, 葉東東, 孫越, 李春江, 李春艷, 李曉, 李玉明, 梁士通, 沈娟, 王曉燕, 王曉磊, 王飛, 程會艷, 趙春暉, 鄭然 , 郭兵, 鐘俊, 鐘紅軍, 高文文, 鹿瑞, 黃欣, 黃江川 申請人:北京控制工程研究所
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
