[發(fā)明專(zhuān)利]一種近地空間短波紅外星敏感器流場(chǎng)氣動(dòng)熱效應(yīng)分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011630795.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112611373B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖真;汪洪源;王秉文;臧云朝;武少?zèng)_;魏政
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01C21/02
• 分類(lèi)號(hào): G01C21/02;G01C25/00
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

一種近地空間短波紅外星敏感器流場(chǎng)氣動(dòng)熱效應(yīng)分析方法，本發(fā)明屬于氣動(dòng)光學(xué)領(lǐng)域，涉及星敏感器在氣動(dòng)條件下的輻射分析。本發(fā)明是為了解決目前的星敏感器氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)分析未考慮流場(chǎng)氣動(dòng)熱效應(yīng)對(duì)星敏感器的影響導(dǎo)致的分析星敏感器是否能探測(cè)到恒星時(shí)的準(zhǔn)確率低的問(wèn)題。本發(fā)明包括：判斷恒星是否在短波紅外星敏感器視場(chǎng)范圍內(nèi)；獲取在視場(chǎng)范圍內(nèi)的恒星在2MASS星表內(nèi)的星等信息；利用短波紅外色指數(shù)計(jì)算視場(chǎng)范圍內(nèi)恒星光譜；根據(jù)流場(chǎng)物理特性逐層計(jì)算流場(chǎng)吸收系數(shù)；根據(jù)流場(chǎng)吸收系數(shù)逐層迭代計(jì)算衰減的星光光譜輻射亮度和流場(chǎng)背景光譜輻射亮度；計(jì)算視場(chǎng)內(nèi)恒星信噪比；將獲取的信噪比與短波紅外星敏感器的探測(cè)極限信噪比進(jìn)行比較，并判斷是否能探測(cè)到。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣動(dòng)光學(xué)領(lǐng)域，涉及星敏感器在氣動(dòng)條件下的輻射分析，具體是一種近地空間短波紅外星敏感器流場(chǎng)氣動(dòng)熱效應(yīng)分析方法。

背景技術(shù)

星敏感器是以天球坐標(biāo)系為參照系，以恒星為探測(cè)目標(biāo)的高精度姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，主要由光學(xué)系統(tǒng)、圖像傳感器電路和控制與數(shù)據(jù)處理電路構(gòu)成。通過(guò)圖像傳感器拍攝恒星圖像，由數(shù)據(jù)處理電路對(duì)所拍攝的圖像進(jìn)行處理，提取出所需的星點(diǎn)位置和亮度信息，進(jìn)行星圖匹配，計(jì)算出星敏感器的三軸姿態(tài)，完成飛行器在空間慣性坐標(biāo)系的姿態(tài)測(cè)量，為衛(wèi)星、深空探測(cè)器等各類(lèi)航天器提供高精度的姿態(tài)信息。由于作為光測(cè)設(shè)備的星敏感器受背景雜光的影響較大，所以以往星敏感器僅用于衛(wèi)星、宇宙飛船、火箭等空間航天器的導(dǎo)航。傳統(tǒng)星敏感器一般為可見(jiàn)光波段，在近地空間工作時(shí)受天空雜散光影響，難以滿足全天時(shí)的應(yīng)用需求，因此，越來(lái)越多的人開(kāi)始研究全天時(shí)短波紅外星敏感器。

目前的全天時(shí)短波紅外星敏感器波長(zhǎng)比傳統(tǒng)的紅外星敏感器更長(zhǎng)，但是更易受熱輻射影響，當(dāng)應(yīng)用于飛機(jī)、導(dǎo)彈等高速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)時(shí)，流場(chǎng)溫度迅速升高，產(chǎn)生強(qiáng)烈的流場(chǎng)氣動(dòng)熱輻射效應(yīng)，會(huì)影響短波紅外星敏感器正常工作。目前的星敏感器氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)分析大多是針對(duì)可見(jiàn)光波段，可見(jiàn)光波段星敏感器波段短，受流場(chǎng)氣動(dòng)熱輻射影響較小，但是分析氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)時(shí)大多未考慮流場(chǎng)熱效應(yīng)的影響，導(dǎo)致分析星敏感器是否能探測(cè)到恒星時(shí)的準(zhǔn)確率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決目前的星敏感器氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)分析未考慮流場(chǎng)氣動(dòng)熱效應(yīng)對(duì)星敏感器的影響導(dǎo)致的分析星敏感器是否能探測(cè)到恒星時(shí)的準(zhǔn)確率低的問(wèn)題，而提出了一種近地空間短波紅外星敏感器流場(chǎng)氣動(dòng)熱效應(yīng)分析方法，具體過(guò)程為：

步驟一、根據(jù)恒星的坐標(biāo)判斷恒星是否在短波紅外星敏感器視場(chǎng)范圍內(nèi)；

步驟二、獲取在短波紅外星敏感器視場(chǎng)范圍內(nèi)的恒星在2MASS星表內(nèi)的星等信息；

步驟三、利用短波紅外色指數(shù)計(jì)算視場(chǎng)范圍內(nèi)恒星光譜；

步驟四、根據(jù)流場(chǎng)物理特性逐層計(jì)算流場(chǎng)吸收系數(shù)；

步驟五、根據(jù)流場(chǎng)吸收系數(shù)逐層迭代計(jì)算衰減的星光光譜輻射亮度和流場(chǎng)背景光譜輻射亮度；

步驟六、根據(jù)步驟三獲得恒星光譜和步驟五獲得的光譜輻射亮度和流場(chǎng)背景光譜輻射亮度計(jì)算視場(chǎng)內(nèi)恒星信噪比；

步驟七、將獲取的信噪比與短波紅外星敏感器的探測(cè)極限信噪比進(jìn)行比較，若獲取的信噪比大于探測(cè)極限信噪比，則能夠探測(cè)到該恒星，否則不能探測(cè)到該恒星。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明考慮了氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)時(shí)大多未考慮流場(chǎng)熱效應(yīng)對(duì)星敏感器的成像影響，基于2MASS星表相關(guān)信息，結(jié)合逐線積分法計(jì)算流場(chǎng)光譜特性，并逐層迭代計(jì)算星光衰減能量與背景熱輻射能量，進(jìn)而分析全天時(shí)短波紅外星敏感器在氣動(dòng)條件下的探測(cè)能力，增加了分析星敏感器是否能探測(cè)到恒星的準(zhǔn)確率。

附圖說(shuō)明

圖1為一種近地空間短波紅外星敏感器流場(chǎng)氣動(dòng)熱效應(yīng)分析方法的流程圖；

圖2為2MASS星表光譜響應(yīng)曲線；

圖3為建立的恒星短波紅外色指數(shù)與恒星有效溫度關(guān)系曲線；