CMOS图像传感器在星敏感器中应用研究

摘要

本文的主要研究目的就是准备将CMOS图像传感器引入星敏感器,对其在星敏感器中应用的可行性和应用方法进行研究.围绕着CMOS图像传感器在星敏感器中应用的具体目标,本文主要做了以下研究工作:1.在分析、比较和归纳有关文献和专著的基础上,本文首先对星敏感器的主要发展背景、发展现状和发展趋势做了简要介绍.2.在对国内外CMOS图像传感器的发展背景、发展现状和发展趋势介绍的基础上,对CMOS图像传感器的工作原理、结构、技术指标特性等进行了较详细的分析和讨论,对几种典型CMOS图像传感器的性能参数进行了分析,并对CMOS图像传感器和CCD的性能进行了对比,对国内外CMOS图像传感器在星敏感器中应用研究的现状进行了简要介绍.3.以典型CMOS图像传感器IBIS5为研究对象,从探测灵敏度和精度两方面,对CMOS图像传感器在星敏感器中应用的可行性进行了讨论和分析,对应注意的其它问题也进行了讨论.4.在CMOS图像传感器工作原理和特性参数的分析基础上,设计了基于CMOS图像传感器IBIS5和OV7620的实验星敏感器.5.利用实验星敏感器,对CMOS图像传感器的暗电流及其不均匀性、静态质心测量精度、卷帘式快门和亚像元内插细分精度进行了实验测试,并对实验结果进行了分析和讨论.在原理分析和实验结果讨论的基础上,本文最后给出了结论.结论表明:CMOS图像传感器完全可以作为星敏感器中的图像传感器件,组建新一代体积小、重量轻、功耗低和强抗辐射能力的新型星敏感器.

目录

文摘

英文文摘

缩略语

第一章绪论

1.1姿态敏感器概述

1.2星敏感器的组成、工作原理、发展过程及趋势

1.2.1星敏感器的组成和工作原理

1.2.2星敏感器的发展过程及趋势

1.3星敏感器中的图像传感器及应用现状

1.3.1星敏感器中图像传感器发展过程

1.3.2 CMOS图像传感器在星敏感器中应用现状

1.4论文的研究背景、研究意义和研究内容

1.4.1论文研究背景

1.4.2论文研究意义

1.4.3论文研究内容

1.5本章小结

第二章CMOS图像传感器发展概述、工作原理及特性

2.1 CMOS图像传感器发展概述

2.2 CMOS图像传感器组成、工作原理和像元结构

2.2.1 CMOS图像传感器的组成

2.2.2 CMOS图像传感器工作原理

2.2.3 CMOS图像传感器像元结构

2.3 CMOS图像传感器的特性参数

2.3.1光谱响应特性

2.3.2暗电流

2.3.3电荷串扰

2.3.4随机噪声

2.3.5固定模式噪声

2.3.6填充率

2.3.7快门模式

2.3.8像元尺寸与分辨率

2.3.9动态范围

2.3.10光电响应不均匀性

2.4 CMOS图像传感器与CCD图像传感器的性能比较

2.4.1 CMOS图像传感器的优点

2.4.2 CMOS图像传感器的缺点

2.5本章小结

第三章星敏感器技术指标要求及关键技术分析

3.1星敏感器指标要求

3.1.1恒星目标特性

3.1.2星光信号能量

3.1.3星探测能力

3.1.4姿态测量精度分析

3.2星敏感器中关键技术分析

3.2.1光学系统设计考虑

3.2.2电路结构设计考虑

3.2.3数字信号处理方法

3.2.4星图识别及姿态测量方法

3.3 CMOS图像传感器在星敏感器中应用可行性分析

3.3.1星敏感器要求

3.3.2 CMOS图像传感器说明

3.3.3探测灵敏度与光谱响应分析

3.4本章小结

第四章基于CMOS图像传感器的实验星敏感器

4.1基于CMOS图像传感器的实验星敏感器设计

4.1.1 CMOS图像传感器选择

4.1.2数据采集接口设计

4.1.3实验星敏感器具体实现

4.1.4实验星敏感器工作流程图与结构

4.2基于CMOS图像传感器的实验星敏感器测试与分析

4.2.1主要性能指标测试分析

4.2.2卷帘式快门对测量精度影响测试及分析

4.2.3 CMOS图像传感器像元细分测量精度实验及结果分析

4.3实验星敏感器成像实验及结果分析

4.3.1静态星点成像稳定性实验

4.3.2外景成像实验

4.3.3外场观星成像实验

4.4实验星敏感器测试、标定及分析

4.5本章小结

第五章结论

5.1论文的研究工作与成果

5.2具有创新意义的工作

5.3展望

致谢

参考文献

附录1目前流行的CMOS图像传感器参数简表

附录2A典型星敏感器性能对比

附录2B几种星敏感器技术参数对照表

附录3典型CMOS图像传感器性能参数对比

附录4 3×3像元光斑质心测量数据

附录5实验星敏感器拍摄图片

作者简历

作者在攻读博士学位期间发表的论文