基于FPGA和PCIe總線的電子星模擬器設計

唐永學，朱桂梅，聶瑞千

(1.北京軒宇空間科技有限公司，北京 100190；2.丹娜(天津)生物科技股份有限公司，天津 300467)

0 引言

隨著近期“嫦娥”系列月球探測器、中國空間站核心艙、“天舟”系列貨運飛船、“神舟”系列載人飛船的陸續成功發射，證明中國航天技術水平走在了國際前列。航天事業的步伐不斷的前進，對衛星執行任務的要求越發復雜、任務完成精度越高[1]。為了完成更為精確地姿態確定，星敏感器作為目前使用最廣泛、測量精度最高的天體敏感器，可以為飛行器提供精確的三軸姿態信息[2]。

星敏感器自身存儲有全天區的導航星圖[3]，在工作過程中，通過其光學系統拍攝所對應的天球上的恒星，得到觀測星圖，將觀測星圖與導航星圖進行特征匹配，從而得出衛星本體的坐標系的姿態。姿態確定的輸入信息是姿態敏感器的測量數據，輸出是衛星的三軸姿態參數[4]。

為滿足高精度的姿態測量要求，國內外的衛星控制系統都采用高精度星敏感器進行姿態測量。如國外的微型X 射線太陽光譜儀衛星[5]，三軸姿態控制精度為0. 004 2°、0. 011 7°和0. 006°，姿態測量精度為0. 001 83°/s、0.007 3°/s 和0.001 05°/s 。國內的資源三號衛星[6]，控制系統穩定度達到5×10-4°/s，慣性姿態測量精度達到了0.005°。電子星空模擬器是與星敏感器配套的地面測試設備。它可根據輸入的慣性姿態數據，實時生成與該姿態對應的星圖，按照接口時序向星敏感器線路盒輸出，使星敏感器線路獲得所需的電子圖像，從而達到實時動態模擬在軌星敏工作過程。……