[發明專利]一種高動態星敏感器

有效

• 申請號: 201910573206.6
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110285807B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 華冰;梁瑩瑩;吳云華;陳志明
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02;G01C21/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 熊玉瑋

本發明公開了一種高動態星敏感器，屬于測量、測試的技術領域。星敏感器包括：包含電子蛙眼的成像模塊、圖像處理模塊、信號處理模塊、恒星提取與識別模塊、數據處理與存儲模塊，當衛星姿態不穩定時通過電子蛙眼采集高動態運動圖像，剔除高動態恒星運動軌跡的雜星和雜散光信息以提取關鍵恒星信息，以雜散光抑制率以及測量星內角距和星庫星內角距的統計偏差作為成像精度和姿態確定精度的評價指標，在滿足成像精度后進行姿態估計，實現了高動態下衛星姿態的準確解算，有利于延長航天器在軌使用壽命、提升工作能力、減少空間碎片數量，進一步推進航天器向長壽命、輕小型、高可靠、高精度方向發展，對航天產業可持續發展具有重要意義。

技術領域

本發明公開了一種高動態星敏感器，屬于測量、測試的技術領域。

背景技術

星敏感器由于其測量精度高以及可以完備的輸出衛星姿態角信息的特點成為高精度衛星姿態測量的有效設備。由于空間環境復雜以及星感器附近存在難以避免的振動或抖動(如飛輪轉動)，衛星姿態在衛星初始入軌、軌控、失控的狀態下具有的高動態性很容易引發星敏感器的數據不穩甚至導致星敏感器數據不可用，從而帶來測量誤差，嚴重降低姿態測量數據的精度和穩定性。

傳統型星敏感器在高動態狀態下會產生“星光拖尾”現象，恒星星光在星敏感器成像曝光時間內會拉長變形產生拖尾，有限的星光能量分散到更多的像元上，星像變得暗淡甚至淹沒在背景噪聲中，導致星圖對比度和信噪比顯著下降，星體能量趨于分散，敏感到的星等降低使星敏感器的觀測精度急劇下降。面對復雜的空間環境，星敏感器可能數據不可用且精度差，卻要求星敏感器在衛星高動態狀態下仍然具有姿態確定能力并保持較高精度。

目前，大多數用于高動態下姿態測量的星敏感器主要在星體目標提取方法方向進行改進或者采用組合測姿的方法提高星敏感器的精度，如北京航空航天大學的金雁提出的一種關于高動態星體目標提取方法，國防科技大學的韓禮提出的一種高動態條件下慣性星光組合定姿方法，國內外尚未有用于高動態下姿態測量的星敏感器。

生物學結果表明蛙眼有四種獨立的圖像動作使之對運動目標非常敏感，具有感知的背景模糊、前景清晰的視覺特性，電子蛙眼正是利用蛙眼對運動目標極其敏感尤其是對運動的彎曲邊緣反映強烈的視覺特性實現快速移動目標的捕捉。本申請旨在利用電子蛙眼捕捉高動態下的恒星圖像，通過剔除恒星圖像中的雜星和雜散光信息實現關鍵恒星信息的提取進而提高衛星姿態測量精度。

發明內容

本發明的發明目的是針對上述背景技術的不足，提供了一種高動態星敏感器，利用電子蛙眼識別動態目標具有快速、準確的優勢實現了高動態下衛星姿態的準確解算，解決了現有的星敏感器不能在高動態下準確測量衛星姿態并保持較高測量精度的技術問題。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

一種基于電子蛙眼的高動態星敏感器，當衛星處于高動態狀態時，啟用電子蛙眼進行成像，通過電子蛙眼對運動的恒星進行運動目標圖像采集以及運動目標檢測，剔除獲取的恒星成像中的雜星和雜散光信息后提取與識別恒星，獲取星敏感器的觀測信息，根據觀測信息進行姿態解算估計得到航天器的姿態信息；當航天器處于穩定狀態時，則采用常規模式進行成像，最后通過星敏感器姿態評估系統對姿態估計進行評估，評估結果反映姿態估計的可靠性、穩定性以及精度。星敏感器姿態評估系統可以對成像進行評估，用雜散光抑制率以及測量星內角距和星庫星內角距的統計偏差作為評價指標，可以評價高動態星敏感器成像的精度，以提高航天器姿態測量的精度和穩定性。

星敏感器由五個模塊組成，分別為成像模塊、圖像處理模塊、信號處理模塊、恒星提取與識別模塊、數據處理與存儲模塊。