[發明專利]共光路多視場星敏感器及其星體姿態測量方法

有效

• 申請號: 201410321684.5
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104061929A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 劉宗明;陽光;盧山;袁馳;梁彥;劉超鎮
• 申請（專利權）人: 上海新躍儀表廠
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張妍;張靜潔

技術領域

本發明涉及一種共光路多視場星敏感器及其星體姿態測量方法。

背景技術

隨著空間中對高精度姿態敏感器的需求日益加劇，為了獲取準確的姿態信息，必須采用高精度的姿態測量敏感器。星敏感器是目前空間應用中精度最高的姿態測量設備，但是其三個測量方向中沿光學系統光軸方向的測量精度較其它兩軸相比要低一個數量級，僅靠單一視場的星敏感器難以做到三軸同時高精度測量。而常規的提高測量精度的方法是采用多臺星敏感器數據相互融合的方式，或者采用多套光學系統、多套成像單元組成的多視場星敏感器系統，這樣雖然可以實現三軸高精度測量，但同時也帶來了諸如重量、功耗較大，安裝位置難以精確標定等問題。

發明內容

本發明提供一種共光路多視場星敏感器及其星體姿態測量方法，可以有效的解決單視場星敏感器沿光軸方向測量精度較低的問題，同時也可克服傳統多視場星敏感器采用分體式的光學系統和成像系統而引起的重量、功耗和體積較大的缺點，在實現三軸高精度測量的同時也實現了輕小型化設計，可以滿足多種衛星平臺對高精度姿態測量的需求。

為了達到上述目的，本發明提供一種共光路多視場星敏感器，該共光路多視場星敏感器包含光學系統、成像單元和電路連接成像單元的數據處理單元；

所述的光學系統包含：

第一高反射鏡組，其設置在星敏感器的光線入口處，該第一高反射鏡組包含三個第一高反射鏡，所述的第一高反射鏡為平面反射鏡；

第二高反射鏡組，其包含三個第二高反射鏡，每個第二高反射鏡與所述的每個第一高反射鏡對應設置，每個第二高反射鏡分別設置在星敏感器內能夠接收并反射對應的第一高反射鏡的反射光線的位置處，所述的第二高反射鏡為凹面反射鏡；

第三高反射鏡，其設置在星敏感器內能夠接收并反射第二高反射鏡組內的第二高反射鏡的反射光線的位置處，所述的第三高反射鏡為凸面反射鏡；

所述的成像單元接收第三高反射鏡的反射光線，對不同視場方向進入的星點同時成像并完成星圖識別；

所述的數據處理單元根據成像單元獲得的星圖，完成星點質心坐標的提取和星體姿態的解算。

所述的三個第一高反射鏡按照兩兩之間呈120°夾角的方式，均勻布置，每個第一高反射鏡與水平位置的傾角為45°。

本發明還提供一種利用共光路多視場星敏感器實現的基于共光路多視場星敏感器的星體姿態測量方法，該基于共光路多視場星敏感器的星體姿態測量方法包含以下步驟：

步驟1、光學系統同時觀測三個不同天區的恒星，并將三個不同天區的恒星同時成像到成像單元；

步驟2、成像單元對三個不同天區的恒星同時成像，對成像的星點進行星圖識別；

步驟3、數據處理單元同時對采集到的恒星星點進行質心坐標的提取，并通過對三個視場的偏移量進行非對齊修正，最終完成高精度的星體姿態角輸出。

所述的步驟2包含以下步驟：

步驟21、利用視場點擴散函數來完成成像星點所屬視場的確定；

步驟22、采用基于四棱錐的方法，通過識別星的棱錐布局來完成星圖識別。

所述的步驟21中，確定視場就是確定點擴散函數的對稱軸的斜率，點擴散函數的對稱軸的斜率與點擴散函數圖像的慣性張量J的特征向量一致；

點擴散函數的對稱軸的方位，通過慣性張量J的本征分析得到：