[發明專利]一種亞孔徑陣列干涉星敏感器

在審

• 申請號: 202110325926.8
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113048975A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 郝云彩
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發明涉及一種亞孔徑陣列干涉成像星敏感器，可應用于航天器姿態測量和旋轉角速率測量技術領域。本發明提出的亞孔陣干涉星敏感器，使一顆恒星所成的像轉化為一個包含多個星點的星點簇，增加了星點定位的采樣樣本數量，可使單星點定位隨機誤差降低為現有技術的星點定位精度提高倍，使得現有技術星敏感器的最高精度水平能夠從0.1〞量級提升到0.01〞量級以上，大大地提高了星敏感器性能。本發明適用于一切視角不大于1°的點狀目標成像定位的應用場合。

技術領域

本發明涉及一種亞孔徑陣列干涉成像星敏感器，可應用于航天器姿態測量和旋轉角速率測量技術領域，亞孔徑陣列是指在星敏感器的光學系統的整孔徑內有若干個直徑小于整孔徑的子孔徑，且該若干個直徑小于整孔徑的子孔徑按照星點簇要求和干涉光學系統設計的結果規律性排列成陣列。

背景技術

目前對于航天器的姿態測量經常使用星敏感器，這種敏感器的主要原理是：利用恒星位置相對于慣性空間基本不動的規律，通過對一個天區的恒星光電成像獲取星圖，再對星圖進行處理和識別得到測量敏感器光軸在慣性空間指向，經過星敏感器在航天器安裝坐標系與航天器姿態坐標系的轉換即可得到航天器的三軸姿態。

現有技術中，星敏感器硬件包括遮光罩、光學系統(鏡頭)、電子學系統、電器和結構接口、星圖處理與姿態計算軟件。電子學系統包括探測器成像組件、信息處理單元、電源模塊、內部外部電連接，星圖處理與姿態計算軟件主要包括星圖預處理模塊、星圖匹配模塊、姿態計算模塊、通訊模塊等。星敏感器的主要技術指標包括三軸測角精度、數據更新率、雜光抑制能力等，星敏感器的精度指標是其核心技術指標，代表著星敏感器光軸指向的誤差大小。以往技術中，星敏感器光學系統一般都采用透射式光學系統，在透射式光學系統中也有采用折射衍射的設計方案的。折反射或者反射式光學系統雖然有學者研究，但是真正應用到星敏感器產品中的卻很少，一般針對超高精度或者超高精度星敏感器(精度優于0.5角秒)才采用折反射或者反射式光學系統。

無論以上哪種星敏感器光學系統，都存在著相對孔徑、視場角、焦距、成像質量之間的相互制約關系，以上參數與星敏感器的測量精度之間也存在制約關系。一般星敏感器測量精度取決于單星定位精度和多星統計精度的綜合，理論上等于單星定位精度和捕獲導航星星數平方根的乘積，因此如何提高單星定位精度和所捕獲的導航星數量成為提高星敏感器精度的主要途徑，而單星定位精度取決于星點的瞬時視場和星點提取精度的乘積，所捕獲的導航星數量與星敏感器的口徑和視場角大小，以及探測靈敏度有關。在超高精度星敏感器技術領域，一般采用折反射或者反射式光學系統，主要采用長焦距和小視場實現提高單星定位精度的目的。這種設計雖然可以解決目前的超高精度星敏感器的方案問題，但是也帶來了以下不足。

現有技術主要存在的不足如下：

(1)目前超高精度星敏感器(精度為0.1〞量級)采用的折反射光學系統成像結構帶來重量較大的問題，同類產品一般都在10kg以上。

(2)受到相對孔徑、視場角、焦距、成像質量之間的相互制約關系限制，星敏感器單幅星圖捕獲的恒星數量有限，限制了精度進一步提高。

(3)現有超高精度星敏感器的消雜光采用常規的單一孔徑遮光罩，導致長度和重量相對較大。