基于CCD 圖像傳感器的星敏感器

　　電荷耦合器件（CCD）體積小，重量輕，功耗低，耐沖擊，可靠性高，像元尺寸及位置固定，對磁場不敏感，適合空間應用需要，自70年代中期美國率先研發出基于CCD的星敏感器后，一直作為主流的圖像傳感器應用于星敏感器。

　　（1）德國 Jena-Optronik 的 ASTRO 系列

　　該公司的第一款星敏感器是 ASTRO 1，1984 年研制，1989年應用于MIR（和平）空間站上。其后的 ASTRO 5 是全自主星敏感器，重量輕、功耗小、價格便宜，但橫滾軸精度較差，需要兩枚同時工作以提高精度。ASTRO 10 為分體式結構，電子模塊與光敏模塊分離，主要應用于近地軌道的各類衛星（SAR-Lupe，TerraSAR，DARPA’s Orbital Express，我國的 HJ-1 與 FY-3 等）。ASTRO 10 集高精度低功耗低重量低成本等優點于一身，是全自主式星敏感器。

　　主要特點是：內置星表，無須先驗知識定姿，遮光罩的遮光角可以自定。自主溫控或者由飛行器控制。電子模塊和敏感器頭部相互獨立，依靠電纜連接，便于在飛行器上的安裝與調整。電子接口可選。可靠性高，在軌壽命長，抗輻射性能好。ASTRO 15 （圖 1）是 Jena-Optronik 目前最先進的自主式星敏感器，具有高度的可靠性、耐用性和廣泛的適用性。被波音公司選定為 Boeing 702 platform 衛星的標準配置。同 ASTRO 10 相比，ASTRO 15 尺寸重量增大，視場基本不變，觀星能力增強，單星精度提高，定姿時間縮短。

　　圖 1 ASTRO 15 星敏感器

　　（2）法國SODERN的星敏感器

　　SED12 是 SODERN 公司第一款 CCD 星敏感器，自 1989 年在蘇聯 GRANAT 上使用以來 10 年無故障，三倍于設計壽命。1997 年開始研制的 SED 16 于 2001 年 5 月隨 SPOT5 衛星首飛成功，SED16 可用于地球觀察、科學探測、深空探測、地球同步軌道、ISS cargo 等多種任務，現在大量被客戶采購。

　　SED26（圖 2）是 SED16 的 ITAR （國際軍品貿易條例）的自由版本。同樣是多用途、全自主，可提供三軸姿態和載體運動角速度的星敏感器。

　　最新的 SED36 是專門為 Pléiades 衛星提供高姿態精度的星敏感器，設計源自SED26，使用同樣的子部件，優化了熱-機械設計，對光學畸變進行了精確的校正，升級了星表，增加了導航星數目。一體結構改為分體結構，以增強散熱。

　　圖 2 SED26 星敏感器（無遮光罩）

　　（3）美國 Lockheed Martin 的 AST-301

　　AST-301（圖 3）作為主要的姿態傳感器應用在 JPL 2003 年 1 月發射的空間紅外望遠鏡裝置（SIRTF） 上。為實現 SIRTF 的要求，使用兩個冗余 AST-301 自主式星敏感器。可以 2 Hz 的頻率輸出姿態四元數，X/Y，Z 軸精度分別達到 0.18/0.18 arcsec， 5.1arcsec， 優于 AST-201 星敏感器 5.5 倍。

　　AST-301 使用 ACT 星表，71，830 顆導航星，星圖的質心算法提高到 1/50像素的水平，并優化姿態估算。使用自主式延時積分（TDI）完成 X 軸向的圖像移動補償，防止由于飛行器的運動造成的精度降低。Y 軸向使用圖像移動調節（IMA）處理圖像拖尾，使合成圖像信噪比最大，這樣可以在 0.42 °/s 的速度下做到精確跟蹤。沒有任何先驗信息的條件下，全天任何地方 3 s 內成功獲得姿態的概率為 99.98%。