[發明專利]高分辨率光柵型光譜導航儀設計系統及其設計方法

有效

• 申請號: 201410619263.0
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104457760B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 張偉;張嵬
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種導航儀設計系統及其設計方法，具體地，涉及一種高分辨率光柵型光譜導航儀設計系統及其設計方法。

背景技術

面對深空或近地航天任務，航天器的在軌自主導航能力是航天器能否在不依賴地面支持的情況下長期在軌運行的重要指標之一。從實際應用角度，天文自主導航相比于地面無線電導航，其重要特點是導航過程的自主性與連續性，而精度上應盡量與之相當。

當前，國外針對天文自主導航的技術主要集中在面向近距離小天體的測角導航以及面向系外脈沖星源的脈沖星導航等方式。測角導航的可行性受制于導航目標源的可觀性，其精度受制于所攝取目標源天體圖像的像質；脈沖星導航方式同樣受制于導航目標源的可觀性，精度則受制于脈沖信號積分計時的精度。二者還需考慮目標源星歷誤差及后期的數據處理方法。因此，在自主導航的連續性、自主性、實時性及高精度方面，兩種方法無法同時兼顧，存在一定的缺陷。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種高分辨率光柵型光譜導航儀設計系統及其設計方法。

根據本發明的一個方面，提供一種高分辨率光柵型光譜導航儀設計系統，其特征在于，所述高分辨率光柵型光譜導航儀設計系統包括：

集光及導星子系統，包括導星模塊與集光模塊，導星模塊通過星點影像信息自主判讀反饋，完成對導航目標源的捕獲、跟瞄，集光模塊則完成對導航目標源來光信號的接收；

色散及成像子系統，包括色散模塊及成像光路，色散模塊包括主色散高密度階梯光柵和色散棱鏡，針對導航目標源來光信號，完成光路準直后由主色散高密度階梯光柵完成光譜主色散，再由色散棱鏡完成橫向色散，經后端成像系統記錄于敏感器上；

定標子系統，采用激光頻率梳技術，產生高精度高穩定度定標譜，對導航目標源來光信號的參考譜線進行高精度標定檢測；

環境伺服子系統，針對航天器在軌環境對測量結果的影響機理及效果，通過地面前期及在軌測定建立環境參數閉環控制，完成環境參數漂移修正；

頻率識別及拾取子系統，以譜圖為對象，結合定標數據將參考譜線固有頻率及多普勒頻移量輸出至探測器導航系統，探測器導航系統據此完成解算并獲取最終航天器速度及位置信息；

探測器導航系統，作為導航信息解算處理單元，根據前端提供的譜線中心波長信息，結合航天器測得的空間矢量信息，開展航天器在參考系下巡航速度解算，并積分獲取位置信息，完成導航數據的收集和整理。

本發明還提供一種高分辨率光柵型光譜導航儀設計系統的設計方法，其特征在于，所述高分辨率光柵型光譜導航儀設計系統的設計方法包括以下步驟：

步驟一，根據深空探測任務背景，結合軌道參數設計規劃并確定待觀測目標源，獲取其輻亮度、運動特性的物理信息，建立完整的目標源輸入參數數據庫；

步驟二，在步驟一基礎上，完成系統全過程能力計算，確定集光子系統口徑及光路，配以導星模塊實現對星點像的自動識別，完成目標源捕獲及跟蹤，并設置光路切換功能，完成信號光與定標光的切換；

步驟三，在步驟二基礎上，利用波導光纖實現光能耦合及傳送，首先將信號光耦合導入光纖，傳送至狹縫并對其良好照明，其間充分考慮光纖的耦合損耗；

步驟四，在步驟三基礎上，對狹縫的出射照明光信號進行準直處理，照射至色散模塊進行分光，完成主色散和橫向色散兩維處理過程，后經成像光學系統成像記錄獲得譜圖；

步驟五，在步驟三、步驟四基礎上，譜圖獲取過程中穿插完成定標，準確獲取譜線信息；

步驟六，在步驟五基礎上，考量譜圖獲取過程中在軌環境對測量精度的影響，通過地面前期及在軌測定的環境參數，由環境伺服子系統對探測數據實施環境參數漂移修正；

步驟七，在步驟五、步驟六基礎上，由頻率識別及拾取子系統完成譜圖參考譜線峰值定位及提取，結合定標數據將參考譜線固有頻率及多普勒頻移量輸出至探測器導航系統，后者據此完成解算并獲取最終航天器速度及位置信息。