[發明專利]可見光導航敏感器

有效

• 申請號: 200810057351.0
• 申請日: 2008-01-31
• 公開（公告）號: CN101236091A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 王立;盧欣;尉志軍;龔德鑄;劉魯
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01C21/02;G01C21/20;B64G1/36
• 代理公司: 中國航天科技專利中心
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種可見光導航敏感器，屬于航天器上姿態軌道控制系統中的導航敏感器領域。本發明適用于深空探測器中對無大氣或大氣稀薄星體的相對姿態測量與導航。

背景技術

深空探測是航天技術發展的熱點，主要目標在于發射航天器對地外星體進行科學探測，比如月球探測、火星、小行星探測等等，因此需要一種導航敏感器來解決由于距離遠時延大帶來的航天器導航問題。而成像探測器件以及處理器技術的快速進步及成像式恒星敏感器、成像式地球、月球敏感器的成功在軌飛行，使得一體化的近星體/恒星導航敏感器成為發展的方向，它既可以給出相對近星體的三軸衛星姿態又可以給出軌道位置，可以大大減小地面測控站的負擔，增強航天器自主能力。

目前國外對地球衛星的自主導航敏感器領域已有很多研究，美國在90年代研制的MANS系統利用日、地、月信息實現航天器自主導航，后來還有HoneyWell公司開發的ERADS系統，利用統一的紫外譜段對地球、恒星進行處理完成姿態、軌道確定；德國在2001年左右研制了可見光地球/恒星組合導航敏感器。

美國專利號：US5837894，名稱：Wide?Field?of?View?Sensor?with?diffractiveOptical?Corrector，該專利公開了一種利用紫外譜段的三軸地球姿態敏感器，與本發明的區別在于目標差異，本發明不用于地球衛星而主要用于地外大氣稀薄的星體，此外它的不足還在于未進行恒星、地球視場通道與成像區域的劃分，使得信息處理中地球與恒星的處理與識別非常困難；此外它使用統一的紫外光譜段使得恒星及地球能量較弱，必須增加像增強器進行信號放大才能正常成像。

美國專利號：US5319969，名稱：Method?for?determining?3-axis?spacecraftattitude，該專利介紹了一種利用紫外光譜段姿態敏感器的三軸姿態確定方法，包括圖像預處理、亮邊緣提取與姿態計算，它需要星歷信息在軌計算地球成像模型、并通過測量信息比較才能得到姿態角，比較繁瑣。

美國專利號：US5189295，名稱：Three?axis?earth/star?sensor，該專利介紹了一種利用可見光譜段的三軸姿態敏感器，其不足在于對地球使用可見光譜段敏感容易受到大氣影響而帶來誤差，另外未進行成像區域的分割使得后續星點提取與地球邊緣提取非常困難。

文章：”Combined?Earth/Star?Sensor?for?attitude?and?orbit?determination?ofgeostationary?satellites”PHD?Paper?of?Christopher?T.F.kuhl，University?ofStuttgart?Germany?2005，介紹了德國的可見光地球/恒星敏感器，用于地球衛星，不足在于未進行視場通道劃分，恒星與地球均成像在相同區域，不易于目標提取。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種用于深空無大氣或大氣稀薄星體探測的可見光導航敏感器，該導航敏感器利用寬窄可見光譜段、分視場、分成像區域技術解決了光學敏感器對近星體、恒星在同一靶面上的同時成像問題。此外，本方明具有正常成像模式和binning成像模式，增強了系統探測靈敏度，提高了數據更新率。

本發明的技術解決方案是：所述的可見光導航敏感器采用寬窄差異的可見光譜段和雙通道的光學系統對不同目標成像到同一光電探測器靶面各自獨立區域，所述的光學系統分為兩個獨立視場通道分別對近星體、恒星進行成像；光電探測器將近星體、恒星圖像轉換成模擬信號輸出；電路系統對所述的模擬信號進行處理及轉換后得到數字圖像；最后圖像與姿態計算單元分別對近星體圖像信息與恒星圖像信息進行處理，并計算得到衛星導航需要的近星體中心矢量、軌道高度與慣性姿態。

所述的近星體為月球、火星、小行星沒有大氣或者大氣稀薄的星體。

所述的光學系統包括斜裝反射鏡、平面反射鏡、N面錐反射鏡、N個濾光鏡、組合球透鏡、二元光學器件、單模式光纖面板；所述的N個濾光鏡透過窄可見光譜段，所述的單模式光纖面板為曲面；環形視場的光線經濾光鏡濾光后射入N面錐反射鏡，入射光線由N面錐反射鏡反射至平面反射鏡，再由平面反射鏡反射進入組合球透鏡成像，該成像經單模式光纖面板展平后進入光電探測器進行光電轉換；中心視場的光線經斜裝反射鏡反射后通過中心視場的寬可見光譜段濾光片進入組合球透鏡成像，該成像經單模式光纖面板展平后進入光電探測器進行光電轉換；所述的N為4～10的自然數。