[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

本發明涉及一種空間指向測量敏感器動態精度提升方法，屬于空間飛行器用指向測量敏感器領域。采用壓電微位移臺支撐敏感器光電探測器，構成穩像系統；當敏感器轉動時，在圖像曝光時微動臺驅動探測器進行補償運動，減小星點成像拖尾；圖像曝光完成后，結合微動臺精密位移反饋，給出星點準確坐標，基于星點準確坐標進行測量結果解算并輸出。本發明通過穩像提高動態下指向測量敏感器星點定位精度，從而提升敏感器動態精度。

技術領域

本發明屬于空間飛行器用指向測量敏感器領域，涉及一種空間指向測量敏感器動態精度提升方法。

背景技術

空間指向測量敏感器基于對空間點光源成像探測，測量目標指向測量信息和自身三軸姿態信息，由于其具有高精度、高可靠性等特點，被廣泛用于衛星、飛船等各類航天器中。空間指向測量敏感器通過對所拍圖像的像斑點進行提取和匹配，進而對指向和姿態信息解算。像斑點提取所得的坐標信息是進行指向和姿態信息解算的基礎，在實際使用過程中，受航天器角速度的影響，點光源在敏感器像面的成像位置、在光電探測器積分時間內發生變化，像斑點產生拖尾，降低了成像探測的信噪比，直接影響指向和姿態測量的動態精度。

現有的空間指向測量敏感器，通過降低積分時間、增大光學系統口徑、提高探測器性能、復雜圖像處理等方法實現敏感器動態精度指標，效果欠佳。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種基于像面穩像的空間指向測量敏感器實現方法，減少星像點拖尾，提高點光源動態成像探測的信噪比，從而提升空間指向測量敏感器動態精度。

本發明的技術方案是：

一種空間指向測量敏感器動態精度提升方法，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。

進一步的，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。