[發明專利]一種自適應控陣星敏感器

無效

• 申請號: 200910088701.4
• 申請日: 2009-07-06
• 公開（公告）號: CN101592490A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 張廣軍;魏新國;葉生龍;江潔;樊巧云
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01C11/04
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所（普通合伙）
• 代理人: 王黎延;周義剛

技術領域

本發明涉及航天器姿態測量技術，尤其涉及一種用于測量航天器姿態的自適應控陣星敏感器。?

背景技術

天文導航是基于天體的坐標位置和運動規律，通過觀測天體的方位來確定航天器的空間姿態和位置的導航方法，而應用于天文導航中的星敏感器則是一種利用恒星觀測，獲取航天器高精度姿態信息的航天測量儀器，其工作原理為：星敏感器前端攝像單元利用電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器或互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器拍攝星圖圖像，通過圖像處理程序對所拍攝的星圖圖像進行處理，得到星圖圖像中恒星像點的質心坐標、亮度等信息，然后由星圖識別程序利用獲取的信息在導航星庫中進行查找，獲取所述恒星像點所對應的恒星的相關信息，最后根據從導航星庫中獲取的相關信息，計算出星敏感器的三軸姿態，從而確定航天器的姿態。?

星敏感器技術在過去數十年取得長足的進步，其技術水平日益成熟，但是，受其自身工作機理和結構的限制，還存在一定的不足，主要表現在：?

1、數據更新率較低。受成像器件幀頻特性、星圖圖像處理能力及曝光時間等諸多因素的限制，現有星敏感器的數據更新率較低，一般不超過10Hz。?

2、姿態測量精度有待進一步提高。由于現有星敏感器的光學系統焦距一般遠大于其成像面的尺寸，所以，現有星敏感器的滾轉角測量精度較低，比俯仰角和偏航角低約一個數量級，一般大于10角秒(1σ)，從而影響航天器姿態測量精度，而航天任務對航天器三軸姿態測量精度提出了更高要求，以高分辨率對地觀測為例，衛星平臺的姿態測量與控制精度直接影響到對地觀測分辨率。?

3、可靠性不夠。現有星敏感器容易受恒星在天區分布不均勻、近天體及環境雜光干擾等影響，出現姿態丟失等情況，無法穩定、可靠地進行姿態輸出。?

4、在載體運動角速度較大的情況下，現有星敏感器由于星點成像拖影造成星點能量衰減，使得所能觀測的恒星數量急劇減少，動態性能不佳。?

為解決以上問題，目前比較常用手段是在航天器上安裝多個星敏感器，各個星敏感器各自獨立工作，互為備份，這種方式可以從一定程度上提高滾轉角的姿態測量精度和姿態測量的可靠性，但采用這種方法，仍然無法提高數據更新率，并且，安裝多個星敏感器導致航天器重量及功耗增大、且成本較高。?

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種自適應控陣星敏感器，能夠提高數據更新率、提高姿態測量精度、提高測量可靠性，且減少重量、節約功耗及成本、動態性能較好。?

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：?

一種自適應控陣星敏感器，包括：多個觀測視場和中央信號處理單元，其中，中央信號處理單元包括：中央時序控制器、成像驅動單元、質心提取單元、星圖識別單元、姿態計算單元，?

所述中央時序控制器，用于對各觀測視場進行時序控制；?

所述觀測視場，用于根據中央時序控制器的時序控制以及成像驅動單元提供的成像驅動，拍攝星圖圖像；?

所述成像驅動單元，用于提供成像驅動；?

所述質心提取單元，用于根據各觀測視場拍攝的星圖圖像，提取星點質心；?

所述星圖識別單元，用于根據質心提取單元提取的星點質心，進行星圖識別；?

所述姿態計算單元，用于根據星圖識別單元的識別結果，解算航天器姿態。?

所述中央時序控制器、成像驅動單元、質心提取單元屬于現場可編程門陣列FPGA處理電路，星圖識別單元、姿態計算單元屬于數字信號處理DSP電路。?

所述自適應控陣星敏感器還包括外部接口，所述外部接口具體包括：電源接口和數據通訊接口，其中，?

所述電源接口負責提供外部電源輸入；?

所述數據通訊接口負責接收外部指令，以及輸出姿態數據。?

所述觀測視場包括：遮光罩、光學鏡頭和圖像傳感器。?

所述中央時序控制器對各觀測視場進行時序控制為：按照同步模式進行控制或按照異步模式進行控制。?

所述中央時序控制器按照同步模式對各觀測視場進行時序控制時，?

所述觀測視場根據中央時序控制器的時序控制以及成像驅動單元提供的成像驅動，同步拍攝星圖圖像；?

所述質心提取單元根據各觀測視場拍攝的星圖圖像，同時提取多幅星圖圖像的星點質心；?

所述星圖識別單元根據質心提取單元提取的多幅星圖圖像的星點質心，進行星圖識別；?

所述姿態計算單元根據星圖識別單元的識別結果，解算航天器姿態。?

所述姿態計算單元解算航天器姿態具體為：?