[發(fā)明專利]多視場分離的地球敏感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310341671.X
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN103398711A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設計）人: 尤政;邢飛;王洪劍;李濱;樊佩榮
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

1.一種多視場分離的地球敏感器，其特征在于，包括：

線陣紅外探測器，所述線陣紅外探測器用于敏感地球CO₂紅外吸收帶的厚度；

多視場系統(tǒng)，所述多視場系統(tǒng)用于探測地球紅外輻射與真空的邊緣，來測量地球大氣輻射圈所形成的地平圓，進而獲得地心矢量；以及

測量單元，所述測量單元用于根據(jù)已知的地球的半徑和CO₂紅外吸收帶的厚度來測算飛行器姿態(tài)和高度。

2.如權利要求1所述的多視場分離的地球敏感器，其特征在于，所述多視場系統(tǒng)包括由n個投影在水平面上互成的視場組成。

3.如權利要求1所述的多視場分離的地球敏感器，其特征在于，所述的線陣紅外探測器敏感的是波長為14～16μm的CO₂紅外吸收帶。

4.如權利要求1所述的多視場地球敏感，其特征在于，所述的測量單元通過所述線陣紅外探測器，即線陣紅外CCD，直接將光學信號轉換為模擬電流信號，電流信號經(jīng)過放大和模數(shù)轉換，實現(xiàn)圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和復現(xiàn)。

5.如權利要求1所述的多視場地球敏感，其特征在于，所述的測量單元是針對飛行高度在70km～100km的飛行器。

6.如權利要求1所述的多視場地球敏感，其特征在于，所述測量單元中，建立地球敏感器觀測地球模型，通過敏感地平圓來獲得地心方向，根據(jù)以下算法計算所述飛行器的姿態(tài)和高度信息：

（1）根據(jù)所述觀測地球模型，有幾何關系其中，θ表示地心矢量與入射光線所夾的銳角，為所述多視場分離的地球敏感器的安裝角，R為地球半徑，r為CO₂紅外吸收帶厚度；

（2）假設飛行器初始坐標系為X₁Y₁Z₁，飛行器依次繞Z軸、X軸、Y軸轉動α、β、γ的角度，轉動后的本體坐標系為X₂Y₂Z₂，由于所述多視場地球敏感器關于Z軸旋轉對稱，且所述觀測地球模型也關于Z周旋轉對稱，因此繞Z軸的轉動對于觀測結果沒有影響，故取α=0，根據(jù)歐拉角旋轉矩陣獲得飛行器初始坐標系到新坐標系的姿態(tài)旋轉矩陣：

C21=cosγsinβsinγ-cosβsinγ0cosβsinβsinγ-sinβcosγcosβcosγ]]>

從而獲得新坐標系下的地心矢量：

E→21=C21E→11=cosγsinβsinγ-cosβsinγ0cosβsinβsinγ-sinβcosγcosβcosγ00-1]]>

=cosβsinγ-sinβ-cosβcosγT]]>

（3）由所述線陣紅外CCD獲得的測量結果計算轉動后的地心方向矢量：

E→22=(X→23-X→21)×(X→22-X→21)||(X→23-X→21)×(X→22-X→21)||]]>

其中：

u₁、u₂、u₃分別為3個所述線陣紅外CCD上的坐標點，f為所述視場中鏡頭的焦距，初始光線與Z軸的夾角，為三條入射光線與所述對應的線陣紅外CCD光軸的夾角；

（4）由上述公式可以計算所述飛行器的姿態(tài)角β、γ為：

β=-arcsinE→22(2)]]>

γ=-arctanE→22(1)E→22(3)]]>

其中，分別是所述轉動后地心方向矢量的三個元素；

飛行器的飛行高度為：