[發明專利]紫外導航敏感器

有效

• 申請號: 200810057352.5
• 申請日: 2008-01-31
• 公開（公告）號: CN101236092A
• 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;G05D1/08;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

本發明涉及一種紫外導航敏感器，屬于航天器上姿態軌道控制系統中的光學敏感器領域。

背景技術

隨著成像探測器件以及處理器技術的快速進步，航天器姿態敏感器逐漸由單元掃描式向成像式發展，而且隨著成像式恒星敏感器、成像式地球敏感器、成像式月球敏感器的成功在軌飛行，光學敏感器開始向更廣泛功能——光學自主導航敏感器方向發展。它既可以給出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與生存能力是航天器智能控制系統的重要組成部分。

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地球、恒星進行姿態、軌道確定；德國在2001年左右研制了地球/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姿態敏感器，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譜段使得恒星及地球能量較弱，必須增加象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，不足在于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。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種用于地球衛星的紫外導航敏感器，該導航敏感器利用分譜段、分視場、分成像區域技術解決了光學敏感器對地球、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：所述的紫外導航敏感器采用具有兩個譜段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地球、恒星進行成像；光電探測器將地球、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采樣、提取及轉換后得到數字圖像；最后圖像與姿態計算單元分別對紫外地球圖像信息與可見光恒星圖像信息進行處理，通過計算得到衛星導航需要的地心矢量、軌道高度與慣性姿態。

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、光纖組合面板；所述的光纖組合面板為曲面，由環形視場光纖面板和中心視場光纖面板組成，中心視場光纖面板置于環形視場光纖面板中并保持同心，中心視場光纖面板的曲面低于環形視場光纖面板的曲面；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，該成像經環形視場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直接進入組合球透鏡成像，該成像經中心視場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。

所述的圖像與姿態計算單元對紫外地球圖像信息的處理流程為：對地球圖像進行亮度分析，對滿足要求的圖像進行外地球邊緣點提取，根據邊緣點性質進行真邊緣點的確定，最后利用最小二乘法進行地心矢量、軌道高度的擬合運算和姿態計算。

所述的圖像與姿態計算單元對可見光恒星圖像信息的處理流程為：對恒星星圖進行圖像預處理，然后進行星點坐標提取，根據星點提取的坐標值按照星點亮度進行質心序列排序，再進行星圖識別，從最亮星開始計算視場內對應角距，按照多星間角距大小對星圖進行識別，最后利用多星進行三軸慣性姿態角的最優估計。

所述的圖像與姿態計算單元具有對正常成像模式與binning模式兩種成像模式兼容的處理能力，其中binning模式輸出像元合并后圖像，信息處理通過星點角距放大、誤差容限放大方式實現了binning模式下使用正常模式同一星表與算法的星圖識別；通過位置反算實現了標定數據的使用。