免费论文：CMOS太阳敏感器光学系统设计

太阳敏感器是一种在卫星上应用十分广泛的姿态敏感器，随着航天事业的发展，高精度、小型化、低功耗的CMOS数字式太阳敏感器也得到迅速的发展。光学系统是CMOS数字式太阳敏感器的重要组成部分，决定了敏感器系统的视场和精度；其核心部件光学掩模一般采用MEMS工艺制作，费用比较昂贵。因此，通过计算机仿真进行光学系统设计很有实际意义。本论文对数字式太阳敏感器光学系统设计展开了研究，主要涉及太阳敏感器光学系统成像理论分析、光学系统设计及验证电路设计。本论文介绍了数字太阳敏感器原理，分析了当前国内外太阳敏感器光学系统发展现状，为即将上天的工程化产品CMOS数字式太阳敏感器设计了光学系统。主要包括：基于惠更斯－菲涅耳单色平面波衍射积分公式和瑞利－索末菲衍射积分公式，建立了单个小圆孔和小圆孔阵列成像的理论模型；利用VC进行了数值仿真实验；以仿真实验结果为基础设计了光学系统参数；依据太阳光谱分布、图像传感器光谱响应特性，确定了光学掩膜的光谱透射特性、太阳敏感器的工作光谱段及曝光时间。实验结果表明，该光学系统能满足设计要求。通过分析基于掩模结构光学系统的局限性，本论文还提出了一种基于微透镜的新型数字式太阳敏感器复合光学系统。利用夫朗和费衍射理论建立了数学模型，并进行了系统参数设计和数值仿真。仿真结果表明，这种新型光学系统具有更高的质心定位精度。本文还设计了CMOS图像传感器驱动电路，实现光斑图像采集，以验证所设计的光学系统。

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