[發(fā)明專利]一種強(qiáng)度關(guān)聯(lián)星敏感器

有效

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• 申請日: 2014-10-10
• 公開（公告）號: CN104316046A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊然;王增斌;楊文良;王俊;張安寧
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 莊恒玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于量子成像技術(shù)的星敏感器，屬于星敏感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

星敏感器最早在上個(gè)世紀(jì)五十年代研制成功，主要應(yīng)用于飛機(jī)和導(dǎo)彈導(dǎo)航。至今經(jīng)歷過三個(gè)階段的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈、飛機(jī)、宇宙飛船、衛(wèi)星等航天航空器件，涉及多個(gè)測量領(lǐng)域。比較幾種常用的傳感器，星敏感器具有精度高、重量輕、功耗低、無漂移和工作方式多等優(yōu)點(diǎn)。早期的星敏感器使用析像管作為探測器件，這種構(gòu)造裝置較為簡單，主要應(yīng)用于大型天文望遠(yuǎn)鏡和導(dǎo)彈制導(dǎo)等地面儀器，但由于析像管自身模擬穩(wěn)定性的限制，不能滿足高精度的要求。

1974年，美國噴氣實(shí)驗(yàn)室(JPL)開始研制開發(fā)第二代星敏感器------CCD星敏感器，較第一階段的星敏感器，CCD星敏感器具有高分辨率、抗輻射性、幾何光學(xué)線性強(qiáng)等優(yōu)勢，但其相對視場小，雖然單星測量精度高，但是，單星識別和姿態(tài)計(jì)算太過復(fù)雜，同時(shí)星敏感器的質(zhì)量和體積也比較大；到上世紀(jì)九十年代，為了滿足航天器件的嚴(yán)格要求，基于光學(xué)、精密機(jī)械、電子學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的大幅度提高，第二代CCD星敏感器開始出現(xiàn)，新一代的星敏感器具有視場大、星表小等優(yōu)勢，更有自主導(dǎo)航的功能。現(xiàn)階段國內(nèi)國際上應(yīng)用較多的還是CCD星敏感器，但無論第一代還是第二代星敏感器，CCD星敏感器都基于CCD相機(jī)的發(fā)展水平，受限于CCD的像元數(shù)等參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種強(qiáng)度關(guān)聯(lián)星敏感器。本發(fā)明基于量子成像這種全新的光場探測方式，提出了一種新型的強(qiáng)度關(guān)聯(lián)星敏感器。此方案可通過單星的兩套光電探測裝置成像，又可發(fā)展應(yīng)用到多星編隊(duì)的整體導(dǎo)航。比較現(xiàn)在常用的CCD星敏感器，強(qiáng)度星關(guān)聯(lián)敏感器突破了衍射成像的限制，探測暗星能力高，同時(shí)利用強(qiáng)度關(guān)聯(lián)算法及適當(dāng)?shù)男盘柼幚硭惴蓸O大地抑制背景噪聲，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種強(qiáng)度關(guān)聯(lián)星敏感器，包括第一遮光罩、第二遮光罩、第一光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、第二光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、掃描式傳感器、單光子傳感器、電子學(xué)讀出設(shè)備、視頻處理設(shè)備、星載時(shí)頻裝置、星載數(shù)據(jù)處理設(shè)備、以及姿態(tài)控制接口，其中，第一遮光罩、第二遮光罩分別安裝在第一光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、第二光學(xué)望遠(yuǎn)鏡前，用于遮擋來自太陽、月球、地球等非目標(biāo)星體的雜散光，以大幅降低進(jìn)入光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的噪聲；第一光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和第二光學(xué)望遠(yuǎn)鏡用于匯聚來自目標(biāo)星體的光線，完成星空的光學(xué)成像，將星空成像在自身的光學(xué)焦平面上；掃描式傳感器和單光子傳感器分別置于第一光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和第二光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)焦平面上，分別將第一光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和第二光學(xué)望遠(yuǎn)鏡匯聚得到的星空圖像經(jīng)光電轉(zhuǎn)換為電信號輸出，其中，由掃描式傳感器輸出的第一電信號送入視頻處理設(shè)備，由視頻處理設(shè)備讀出該第一電信號；由單光子傳感器輸出的第二電信號送入電子學(xué)讀出設(shè)備，由該電子學(xué)讀出設(shè)備讀出該第二電信號；星載時(shí)頻裝置為視頻處理設(shè)備和電子學(xué)讀出設(shè)備提供絕對時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對視頻處理設(shè)備和電子學(xué)讀出設(shè)備進(jìn)行時(shí)間同步；星載數(shù)據(jù)處理設(shè)備對來自視頻處理設(shè)備的第一電信號和來自電子學(xué)讀出設(shè)備的第二電信號進(jìn)行二階強(qiáng)度關(guān)聯(lián)算法得到目標(biāo)星體的圖像，并通過星點(diǎn)提取和星識別獲得目標(biāo)星體在星空中的準(zhǔn)確位置，再經(jīng)過姿態(tài)計(jì)算，得到衛(wèi)星的姿態(tài)位置信息；由星載數(shù)據(jù)處理設(shè)備處理得到的衛(wèi)星姿態(tài)位置信息通過姿態(tài)控制接口傳輸給下游的控制系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，視頻處理設(shè)備和電子學(xué)讀出設(shè)備還分別對第一電信號和第二電信號進(jìn)行降噪預(yù)處理，分別記錄兩個(gè)電信號的到達(dá)時(shí)間，之后由星載時(shí)頻裝置對兩個(gè)電信號進(jìn)行打標(biāo)，得到光子到達(dá)時(shí)間序列信息。

進(jìn)一步地，星載時(shí)頻裝置包括星載原子鐘、GPS接收機(jī)和時(shí)間同步設(shè)備，其中，星載原子鐘和GPS接收機(jī)用于為視頻處理設(shè)備和電子學(xué)讀出設(shè)備提供絕對時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)間同步設(shè)備用于對視頻處理設(shè)備和電子學(xué)讀出設(shè)備進(jìn)行時(shí)間同步。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明的強(qiáng)度關(guān)聯(lián)星敏感器的優(yōu)點(diǎn)包括：

1、在工程實(shí)現(xiàn)上比較容易

本發(fā)明在現(xiàn)有CCD星敏感器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，其中利用了兩路光學(xué)探測系統(tǒng)的探測信號，通過星載時(shí)頻裝置對獲得的兩路電信號進(jìn)行了時(shí)間同步，并在星載數(shù)據(jù)處理設(shè)備中對兩路電信號進(jìn)行強(qiáng)度關(guān)聯(lián)信號處理。因此在保持原星敏感器的光學(xué)系統(tǒng)、整體外觀形狀不變的基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的局部調(diào)整即可，在工程實(shí)現(xiàn)上比較容易。

2、探測靈敏度更高

本發(fā)明利用量子成像技術(shù)中的強(qiáng)度關(guān)聯(lián)方法對星空進(jìn)行成像，使用掃描式傳感器對星空進(jìn)行搜索，同時(shí)另一路使用單光子傳感器，因此更容易探測到較暗的星體，探測靈敏度大大提高。

3、探測速度較快