[發明專利]主動成像式星敏感器及其控制方法

有效

• 申請號: 201710582243.4
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107449417B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 邢飛;傅晟;尤政
• 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: 11201 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 張潤

1.一種基于數字微反射鏡器件的主動成像式星敏感器，其特征在于，包括：

前組光學鏡頭，用于將星空成像在數字微反射鏡器件DMD芯片上，并使得所述DMD芯片上微反射鏡在第一工作狀態反射星光到后組光學鏡頭；

所述DMD芯片，用于根據所述微反射鏡的工作狀態控制星點區域微反射鏡工作在所述第一工作狀態，并將星光反射至所述后組光學鏡頭；

DMD驅動控制單元，用于驅動并控制所述DMD芯片工作；

所述后組光學鏡頭，用于會聚所述DMD芯片上微反射鏡在所述第一工作狀態下反射的星點能量至探測器上；

所述探測器，用于探測被所述DMD芯片上微反射鏡在所述第一工作狀態下反射的星點能量大小，并將光信號轉換為電信號；

數據采集單元，用于采集所述電信號，并對所述電信號進行數據A/D轉換；以及

星點數據處理系統，用于生成星圖隨機模板，所述星圖隨機模板通過所述DMD驅動控制單元控制所述DMD芯片翻轉調制星圖，其中，所述星點數據處理系統具體用于利用壓縮感知理論從所述探測器采集數據中重構星圖，并利用所述重構星圖實現整幅圖像范圍內的星點預定位，以得到星點預定位坐標數據，并利用所述預定位坐標數據生成多個星點區域模板，所述多個星點區域模板的每個模板通過所述DMD驅動控制單元控制所述DMD芯片翻轉調制各個星點區域，進而利用所述壓縮感知理論從所述探測器采集數據中得到重構星點區域，以進行星跡預測，并利用所述重構星點區域進行星點提取和星圖識別，進而解算衛星姿態。

2.根據權利要求1所述的基于數字微反射鏡器件的主動成像式星敏感器，其特征在于，還包括：

超黑材料，在不成像區域微反射鏡工作在第二工作狀態，并將星光反射至所述超黑材料吸收，以對指定星點目標進行主動式成像時，用于吸收所述DMD芯片上微反射鏡在所述第二工作狀態下反射的星點能量。

3.根據權利要求1所述的基于數字微反射鏡器件的主動成像式星敏感器，其特征在于，還包括：

全內反射TIR棱鏡，所述TIR棱鏡設置于所述前組光學鏡頭和所述DMD芯片之間，以通過所述TIR棱鏡使得所述DMD芯片上微反射鏡在第一工作狀態反射星光到所述后組光學鏡頭，并配合所述DMD芯片進行分光，以阻住雜散光進入所述后組光學鏡頭。

4.一種基于數字微反射鏡器件主動成像式星敏感器的控制方法，其特征在于，采用根據權利要求1-3中任一項所述的主動成像式星敏感器，其中，方法包括以下步驟：

天球星圖通過所述前組光學鏡頭成像在所述數字微反射鏡器件DMD芯片；

選擇星點捕獲模式，并生成整幅星圖隨機模板，所述整幅星圖隨機模板通過所述DMD驅動控制單元控制所述DMD芯片翻轉調制星圖；

通過所述探測器采集隨機模板調制星圖數據，以利用壓縮感知理論從所述隨機模板調制星圖數據中重構星圖；

利用所述重構星圖實現整幅圖像范圍內的星點預定位，并得到星點預定位坐標數據；

選擇星點跟蹤姿態解算模式，并利用所述預定位坐標數據生成多個星點區域模板，所述多個星點區域模板的每個模板通過所述DMD驅動控制單元控制所述DMD芯片翻轉調制各個星點區域；

通過所述探測器采集多個星點區域模板調制數據，以利用所述壓縮感知理論從所述多個星點區域模板調制數據中得到重構星點區域，以進行星跡預測；

利用所述重構星點區域進行星點提取和星圖識別，進而解算衛星姿態。

5.根據權利要求4所述的基于數字微反射鏡器件的主動成像式星敏感器的控制方法，其特征在于，還包括：

在不成像區域微反射鏡工作在第二工作狀態，并將星光反射至超黑材料吸收，以對指定星點目標進行主動式成像時，吸收所述DMD芯片上微反射鏡在所述第二工作狀態下反射的星點能量。

6.根據權利要求4所述的基于數字微反射鏡器件的主動成像式星敏感器的控制方法，其特征在于，還包括：

通過TIR棱鏡使得所述DMD芯片上微反射鏡在第一工作狀態反射星光到所述后組光學鏡頭，并配合所述DMD芯片進行分光，以阻住雜散光進入所述后組光學鏡頭。