[發明專利]一種基于能量矩陣的光方向矢量測量方法及系統

在審

• 申請號: 202011503290.3
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112729535A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 桑鵬;曹陽;李保權
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;王蔚

本發明公開了一種基于能量矩陣的光方向矢量測量方法及系統，所述方法包括：使用四象限探測器的光矢量測量儀器測量待測點的四路光電流值；根據待測點的四路光電流值計算得到待測點的偏航方向能量值和俯仰方向能量值；基于待測點的偏航方向能量值和俯仰方向能量值，從預先建立好的能量矩陣中搜索滿足條件的網格坐標；根據網格坐標采用插值方法得到待測點光方向矢量的旋轉角。本發明實現了大視場范圍內方向矢量的高精度測量，在不增加資源需求的情況下，實現測量精度、測量準確度、矢量更新率大幅度甚至數量級的提升，而且也降低了對四路電流增益一致性的嚴格要求，使硬件研制難度和研制成本顯著降低。

技術領域

本發明涉及高精度光方向矢量測量領域，大視場的數字太陽敏感器測量領域，特別涉及一種基于能量矩陣的光方向矢量測量方法及系統。

背景技術

四象限探測器具有低噪聲、高靈敏度和高帶寬等特點，在目標跟蹤、定位以及準直系統中的應用十分廣泛，再加上四象限探測器寬溫度適應性，以及體積小、功耗低、抗輻照、低成本等方面的優勢，特別適合在太空應用。基于四象限探測器開發的太陽敏感器，正快速替代基于APS或者CMOS光學成像式的太陽敏感器。四象限探測器用于光方向矢量測量，主要是利用基于四象限探測器的電流比值進行計算，但由于四象限探測器輸出響應與輸入窗口位置有一定的關聯性，再加上四路光電流放大器的完全一致性實施起來也有難度，所以如果單純依賴四象限探測器的四路輸出電流值的大小來計算光方向矢量方法，測量精度一般都會較低。本發明提出了一種基于能量矩陣的光方向矢量測量技術，可以實現大視場范圍內方向矢量的高精度測量，相比傳統的數學比值計算法，可以在不增加資源需求的情況下，測量精度、姿態更新率大幅度提升，而且也降低了對四路電流放大一致性的嚴格要求。基于該技術研制出來的數字太敏感器視場可以達到140°×140°，全視場范圍內的測量精度優于0.050，而太陽敏感器的重量小于6g，功耗小于35mW，可以在-40℃～+100℃范圍內均能正常工作。如果提升能量矩陣的標定精度，全視場范圍內的測量精度可以達到角秒級別。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術缺陷，提出了一種基于能量矩陣的光方向矢量測量方法及系統，特別適合于目標定位測量，尤其適合于重量輕、體積小、功耗低的高精度的數字太陽敏感器。

為了實現上述目的，本發明提出了一種基于能量矩陣的光方向矢量測量方法，基于使用四象限探測器的光矢量測量儀器實現，所述方法包括：

使用四象限探測器的光矢量測量儀器測量待測點的四路光電流值；

根據待測點的四路光電流值計算得到待測點的偏航方向能量值和俯仰方向能量值；

基于待測點的偏航方向能量值和俯仰方向能量值，從預先建立好的能量矩陣中搜索滿足條件的網格坐標；

根據網格坐標采用插值方法得到待測點光方向矢量的旋轉角。

作為上述方法的一種改進，所述方法還包括建立能量矩陣的步驟，具體包括：

設置太陽模擬器為光源；

將使用四象限探測器的光矢量測量儀器安裝在二維轉臺上，通過轉動二維轉臺，記錄不同位置的四路光電流強度輸出值，得到能量矩陣。

作為上述方法的一種改進，所述將使用四象限探測器的光矢量測量儀器安裝在二維轉臺上，通過轉動二維轉臺，記錄不同位置的四路光電流強度輸出值，得到能量矩陣；具體包括：

將使用四象限探測器的光矢量測量儀器安裝在二維轉臺上，調節使得四象限探測器的水平方向與二維轉臺偏航方向保持平行，四象限探測器的垂直方向與二維轉臺的俯仰方向平行；

轉動二維轉臺，調節太陽模擬器的光軸方向與四象限探測器的法線方向準直，將該位置的光矢量方向定位為能量矩陣的零位置；