题目：基于DSP的惯性恒星罗盘原型样机设计与实现

微纳卫星因具有小体积、低重量、低功耗、低成本、短周期以及可灵活发射等优点，已经成为空间探测技术领域和航天领域的研究热点。高性能姿态确定技术作为微纳卫星的一项核心关键技术，是实现微纳卫星组网编队，完成航天任务的重要保证。传统的组合定姿系统在体积、重量和功耗等方面难以满足微纳卫星高性能姿态确定的要求，2003年，Draper实验室研制的基于“陀螺+星敏感器”的惯性恒星罗盘是微纳卫星高性能定姿的一个发展方向。本论文针对微纳卫星对微小型集成定姿系统的要求，开展了基于CMOS星敏感器和MEMS陀螺的高性能惯性恒星罗盘集成定姿技术研究。论文具体研究工作如下：1. 在总体方案和硬件电路设计方面，借鉴Draper实验室在惯性恒星罗盘方面的研制经验，结合本实验室在微纳卫星组合定姿系统方面的研究基础，确定了以DSP作为主处理器的解决方案。根据实际项目需求，完成了DSP主处理器电路板的设计与实现，针对原有MEMS陀螺电路板的不足，对MEMS陀螺板进行了重新设计和调试，完成了CMOS星敏感器电路板和FPGA数据采集电路板的调试。2. 在软件程序设计方面，首先，设计了同步快门模式下CMOS星敏感器的驱动程序，并进行了CMOS星敏感器的成像验证。其次，对原有MEMS陀螺采集程序进行改进，实现了三路MEMS陀螺的数据采集，并设计实现了基于一阶矩的星图质心提取算法。最后，在DSP底层程序设计实现的基础上，完成了全天/局部两种星图识别算法、q-method方法/最小二乘方法两种确定性定姿算法和基于EKF的组合定姿算法的移植。此外，针对本论文的星图识别算法，制作了相应的导航星库，并对导航星库性能进行了分析。3. 搭建了半物理仿真平台，对系统进行了测试和功能验证。首先，由星图模拟软件生成一幅星图，在惯性恒星罗盘硬件平台上，依次实现了星图质心提取算法、星图识别算法、确定性定姿算法和EKF组合定姿算法。其次，针对设计中用到的两种星图识别算法和两种确定性定姿算法，对其结果进行了比较分析，测试结果表明，惯性恒星罗盘样机采用三种姿态确定算法，姿态角误差均控制在 0.1°以内，满足了设计的要求。