[發明專利]一種空間指向測量敏感器動態精度提升方法

有效

• 申請號: 202011257279.3
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112504280B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 王龍;武延鵬;袁利;王立;王曉燕;鄭然
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01C21/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 任林沖

1.一種空間指向測量敏感器動態精度提升方法，其特征在于，步驟如下：

S1、構建穩像系統：采用壓電微位移臺支撐敏感器的光電探測器，將壓電微位移臺的支撐結構固定安裝在空間指向測量敏感器底座上，再將光電探測器固定安裝在壓電微位移臺的位移面上，光學鏡頭通過云臺固定安裝在空間指向測量敏感器底座上，保證光學鏡頭焦面與光電探測器感光面重合，構成穩像系統；

S2、速度跟蹤動態補償：當敏感器轉動時，在圖像曝光生成恒星圖像的時間內微位移臺承載探測器沿探測器像元行列方向進行補償運動，補償位移為s，則當s＝f×tan(w×t)時，減小星點成像拖尾為0；其中，f為敏感器焦距，t為曝光時間，w為敏感器轉動角速度；

S3、速度跟蹤動態補償控制：在S2的動態補償中，以陀螺給出的敏感器轉動角速度反饋為速度參考輸入wr；對壓電陶瓷給出的位移反饋d進行旋轉變換，得到微位移臺速度實時反饋wf，wf＝Δd/Δt/f，Δ代表微分量；基于wr和wf得出微動補償量，壓電陶瓷控制模塊根據微動補償量確定相應的驅動電信號，驅動壓電陶瓷承載光電探測器完成速度跟蹤動態補償控制；

S4、質心計算：S3中速度跟蹤動態補償，與圖像曝光均同步觸發開始，圖像曝光完成時動態補償同時停止；圖像曝光完成后，根據光電探測器生成的恒星圖像進行圖像處理，完成星點成像初始質心提取，得到初始質心提取結果cp；速度跟蹤動態補償完成后，獲取壓電陶瓷輸出的位移反饋，完成像面位置測量，得到像面位置測量結果dp；結合初始質心提取結果cp和像面位置測量結果dp，給出星點成像質心位置準確坐標fp，fp＝cp+dp，完成質心計算；

S5、在動態情況下，基于星點成像質心位置準確坐標進行空間指向解算并輸出，實現空間指向測量敏感器動態測量精度提升；

空間指向測量敏感器包括光學鏡頭、云臺、底座、光電探測器、處理單元、壓電微位移臺、MEMS陀螺和壓電陶瓷控制模塊，

壓電微位移臺包括位移面、支撐結構和壓電陶瓷，位移面放置在支撐結構內，位移面與支撐結構之間通過壓電陶瓷連接，通過壓電陶瓷控制模塊向壓電陶瓷施加驅動電信號，驅動壓電陶瓷承載著位移面相對于支撐結構產生微位移，同時壓電陶瓷輸出位移測量值。

2.如權利要求1所述的一種空間指向測量敏感器動態精度提升方法，其特征在于，未向壓電陶瓷施加驅動電信號時，位移面位于行程中心位置，稱為零位，此時壓電陶瓷輸出位移測量值為0。

3.如權利要求1所述的一種空間指向測量敏感器動態精度提升方法，其特征在于，光學鏡頭將空間恒星成像在光電探測器感光面上，經過光電探測器光電轉換生成恒星圖像，恒星圖像經過處理單元處理，得到空間指向測量結果，MEMS陀螺固定安裝在底座上，實時測量空間指向測量敏感器角速度。

4.如權利要求1所述的一種空間指向測量敏感器動態精度提升方法，其特征在于，當空間指向測量敏感器處于靜態時，MEMS陀螺角速度反饋為0，壓電陶瓷控制模塊驅動電信號為0，壓電微位移面位于零位，壓電陶瓷輸出的位移反饋為0，此時光學鏡頭光軸穿過光電探測器感光面中心，光電探測器生成恒星圖像，經過處理單元處理，完成空間指向測量。

5.如權利要求1所述的一種空間指向測量敏感器動態精度提升方法，其特征在于，當空間指向測量敏感器進行轉動時，MEMS陀螺給出實時的轉動角速度反饋，處理單元根據角速度反饋和壓電陶瓷當前位移反饋進行控制解算，得出微動補償量，壓電陶瓷控制模塊根據微動補償量給出相應的驅動電信號，驅動壓電陶瓷承載著位移面相對于支撐結構產生補償微位移，光電探測器生成恒星圖像，經過處理單元處理，完成空間指向測量。