專利名稱：中高軌道航天器的可見光成像式自主導(dǎo)航敏感器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于航天器自主導(dǎo)航姿態(tài)和軌道測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)，具體 地說是涉及一種中高軌道航天器的光電成像式自主導(dǎo)航敏感器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在航天器自主導(dǎo)航領(lǐng)域，存在多種自主導(dǎo)航姿態(tài)和位置信息測(cè)量系統(tǒng)和方法，如美國Honeywell Inc公司于1993年9月20日申請(qǐng)的歐洲專利公開號(hào)EP 0589 387 Al 乂>開了名稱為"Method and System for Determining 3 Axis Spacecraft Attitude"，即"三軸航天器姿態(tài)確定方法與系統(tǒng)，，。采用 280nm 300nm譜段的紫外光探測(cè)地球邊緣紫外輻射輪廓，確定地心的俯仰和 滾動(dòng)姿態(tài)信息，利用同一個(gè)探測(cè)器探測(cè)垂直于光軸方向的恒星矢量方向來確定 偏航姿態(tài)信息。系統(tǒng)采用折轉(zhuǎn)反射鏡壓縮視場(chǎng)，采用雙半球加光纖轉(zhuǎn)像器對(duì)大 視場(chǎng)曲面像面進(jìn)行成像。采用數(shù)據(jù)處理器對(duì)采集到的地球和恒星圖像信息進(jìn)行 處理，獲取3軸姿態(tài)信息。該方案雖然解決了三軸姿態(tài)和軌道高度的測(cè)量問題。 但是存在的不足是，釆用紫外譜段的光學(xué)系統(tǒng)材料較少，采用半球結(jié)構(gòu)透鏡和 光纖傳像過于復(fù)雜，成本高；光纖傳像和像增強(qiáng)器結(jié)合會(huì)帶來附加噪聲，降低 精度。美國NASA在其新盛世計(jì)劃中公布了一項(xiàng)研究計(jì)劃，稱之為"慣性星陀螺" (Inertial Stellar Compass ),采用星敏感器和MEMS陀螺組合設(shè)計(jì)，利用星 敏感器的高精度姿態(tài)信息近實(shí)時(shí)校正陀螺的飄移。該方案的不足是，星敏感器 是單個(gè)的，在光軸方向上能夠提供較高的精度，但是在垂直于光軸的方向上精 度下降近1個(gè)量級(jí)，因此對(duì)于該方向的MEMS陀螺飄移校正精度就受到影響。"系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)"2005年3月Vol.l7，No3， P529發(fā)表的文章"組合大視場(chǎng)星敏感器星光折射衛(wèi)星自主導(dǎo)航方法及其仿真，，所述敏感器采用3個(gè)普通星敏 感器空間相交120。角構(gòu)成組合式系統(tǒng)，同時(shí)觀測(cè)地球邊緣的3顆恒星，根據(jù)大 氣折射模型推出精確的地心矢量。該方案的不足之處在于采用了 3個(gè)星敏感器， 成本較高，使得3個(gè)星敏感器的光軸相交調(diào)整高精度實(shí)現(xiàn)困難。美國Microcosm 7>司研制了 一種自主導(dǎo)航系統(tǒng)MANS (Microcosm Autonomous Navigation System ),其中包括地球敏感器、太陽和月亮敏感器、 星敏感器、陀螺和加速度計(jì)，由于是多敏感器聯(lián)合確定三軸姿態(tài)和位置，所以 精度很高。但是系統(tǒng)過于復(fù)雜，而且釆用了帶有活動(dòng)部件的雙圓錐地球敏感器， 成本高。本發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)方案的缺點(diǎn)，提出一種中高軌道航天 器的可見光成像式自主導(dǎo)航敏感器系統(tǒng)，其通過采用可見光譜段探測(cè)可以使用 普通光學(xué)玻璃進(jìn)行設(shè)計(jì)，降低了光學(xué)系統(tǒng)的研制難度，去掉了光纖轉(zhuǎn)換器和像 增強(qiáng)器減小了儀器的復(fù)雜性，采用一次成像探測(cè)保證了探測(cè)精度。因恒星和地 球探測(cè)均為可見光譜段，所以可以借助于濾光片進(jìn)行光譜能量分配，共用一個(gè) 光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)器，降低了成本。由于探測(cè)確定了地心矢量和恒星矢量，雙矢 量確定三軸姿態(tài)精度均可達(dá)到高精度，因此MEMS陀螺三軸的飄移同精度校 正。本發(fā)明所提出的中高軌道航天器的可見光成像式自主導(dǎo)航敏感器系統(tǒng)，主 要解決中高軌道航天器不依賴于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的三軸姿態(tài)和軌道高度一體化 高精度實(shí)時(shí)測(cè)量問題。該敏感器采用可見光探測(cè)諮段克服了美國紫外敏感器存 在的紫外光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜和成本高的缺點(diǎn)，克服了以往自主導(dǎo)航敏感器各自方案 的不足，諸如由分散式多敏感器和復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)帶來的成本高、由單一光學(xué)敏 感器與三個(gè)正交方向的凝:才幾電系統(tǒng)陀螺(Micro-electromechanical Systems Gyro,以下稱MEMS陀螺)結(jié)合設(shè)計(jì)帶來的三軸精度不一致、由像轉(zhuǎn)換器帶 來的精度退化、由多敏感器分布安裝帶來的重量體積大等。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明所提供的中高軌道航 天器的可見光成像式自主導(dǎo)航敏感器系統(tǒng)包括光學(xué)測(cè)量成像組件、探測(cè)器焦平面組件、MEMS慣性測(cè)量組件、信息處理與誤差校正處理單元組件，所述的光 學(xué)測(cè)量成像組件包括成像鏡頭和分光板結(jié)構(gòu)。所述的探測(cè)器焦平面組件的探測(cè) 器的光敏面安裝在光學(xué)測(cè)量成像組件的成像面上，探測(cè)器焦平面組件將固定在 敏感器系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)上。所述的MEMS慣性測(cè)量組件則包括3個(gè)正交安裝 的MEMS陀螺和3個(gè)正交安裝的加速度計(jì)，光學(xué)測(cè)量坐標(biāo)系的每個(gè)軸方向分 別平行于3個(gè)正交安裝的MEMS陀螺和3個(gè)正交安裝的加速度計(jì)。所述的信 息處理與誤差校正處理單元組件是采用信息處理器對(duì)各個(gè)敏感器信息進(jìn)行處 理，然后將星敏感器測(cè)量信息用于MEMS陀螺的零漂移;&正。最后由標(biāo)準(zhǔn)數(shù) 據(jù)通訊接口輸出近實(shí)時(shí)高精度三軸姿態(tài)信息和軌道高度信息。一體化設(shè)計(jì)的中高軌道航天器的可見光成像式自主導(dǎo)航敏感器系統(tǒng)中的 星敏感器和可見光靜態(tài)成像式敏感器通過采用分光濾光片共用所述的光學(xué)成 像組件和探測(cè)器焦平面組件，探測(cè)器視場(chǎng)分割使用，中心區(qū)域?yàn)榭梢姽忪o態(tài)成 像式敏感器使用，用來對(duì)地球成像，邊緣區(qū)域?yàn)樾敲舾衅魇褂?，用來?duì)恒星成 像。所述的星敏感器是一種通過對(duì)恒星成像提取與標(biāo)準(zhǔn)星圖庫匹配得到其光軸 相對(duì)于慣性空間的指向矢量的；所述的可見光靜態(tài)成像式敏感器是一種通過對(duì) 地球成^f象提取地球中心矢量和地球視角半徑的，同時(shí)利用地球視角半徑與軌道 高度的幾何關(guān)系確定軌道高度。上述星敏感器和可見光靜態(tài)成像式敏感器都擁 有共同的像面坐標(biāo)系，其Z軸沿光軸指向地球方向，其X軸和Y軸分別與探 測(cè)器陣列的行和列方向一致。3個(gè)MEMS陀螺都是采用MEMS技術(shù)制造的微 型機(jī)電陀螺，它們分別安裝在與像面坐標(biāo)系三個(gè)軸平行的三個(gè)正交軸方向上。 3個(gè)MEMS加速度計(jì)都采用MEMS技術(shù)制造的測(cè)量運(yùn)動(dòng)加速度的微型機(jī)電器 件，重量非常輕，體積非常小，三個(gè)安裝軸與星敏感器像面坐標(biāo)系三個(gè)軸方向 一致。以上MEMS陀螺和MEMS加速度計(jì)均屬于MEMS慣性測(cè)量組件，它 們的安裝軸與星敏感器和可見光靜態(tài)成像式地球敏感器像面坐標(biāo)系三個(gè)坐標(biāo) 軸方向一致，以利于同基準(zhǔn)測(cè)量。一體化設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有重量輕、體積小、功耗低、精度高、數(shù)據(jù)更新率 高、成本低等特點(diǎn)。下面就有關(guān)本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容及詳細(xì)說明，現(xiàn)配合附圖和所給出 的實(shí)施例進(jìn)行說明如下。


圖1確定三軸姿態(tài)和軌道高度的自主導(dǎo)航敏感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為確定中高軌道三軸姿態(tài)和軌道高度的自主導(dǎo)航敏感器光學(xué)測(cè)量部分 方案原理圖；圖3為光學(xué)測(cè)量部分像面坐標(biāo)系與MEMS陀螺和MEMS加速度計(jì)測(cè)量軸 的關(guān)系。
具體實(shí)施方式
如圖1-3,所示，所述的中高軌道航天器的可見光成像式自主導(dǎo)航敏感器 系統(tǒng)包括光學(xué)測(cè)量成像組件1、探測(cè)器焦平面組件2、慣性測(cè)量組件3、信息處 理與誤差校正處理單元組件4。所述的光學(xué)測(cè)量成像組件1，其包括成像鏡頭和分光板結(jié)構(gòu)(未標(biāo)示出)。 所述的探測(cè)器焦平面組件2的探測(cè)器的光敏面安裝在光學(xué)測(cè)量成像組件1的成 像面上，探測(cè)器焦平面組件2將固定在敏感器系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)上。所述的 MEMS慣性測(cè)量組件3則包括3個(gè)正交安裝的MEMS陀螺和3個(gè)正交安裝的 加速度計(jì)，光學(xué)測(cè)量坐標(biāo)系的每個(gè)軸方向分別平行于3個(gè)正交安裝的MEMS 陀螺和3個(gè)正交安裝的加速度計(jì)(具體安裝方式參見下面結(jié)合圖3所描述的內(nèi) 容)。所述的信息處理與誤差校正處理單元組件4是采用信息處理器對(duì)各個(gè)敏 感器信息進(jìn)行處理，然后將星敏感器測(cè)量信息用于MEMS陀螺的零漂移校正。 最后由標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通訊接口輸出近實(shí)時(shí)高精度三軸姿態(tài)信息和軌道高度等信息。參見圖1，所述的光學(xué)測(cè)量成像組件l包括成像鏡頭和分光板結(jié)構(gòu)(未標(biāo) 出)。所述的分光板將光路分為兩個(gè)通道， 一個(gè)是恒星敏感器成像通道，另一 個(gè)是地球敏感器成像通道，分光板的透過和反射光譜段的選擇取決于地球和恒 星二者在軌道分光板前的亮度大小，設(shè)探測(cè)器的相應(yīng)譜段為從入！到分光 板透射鐠段為從入3到入4，透射光來自地球的輻射，由于地球亮度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于恒 星亮度，因此從入3到入4是在Al到入2之內(nèi)比較窄的范圍，設(shè)光學(xué)測(cè)量部分的光譜透過率為P(A)，探測(cè)器光譜響應(yīng)率為K(A)，地球在分光板前的亮度范圍 從弱到強(qiáng)為L(zhǎng)ei~Le2,探測(cè)的最弱恒星在分光板前的亮度范圍從弱到強(qiáng)為L(zhǎng)S1 Ls2，探測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍為D，分光板對(duì)于恒星能量的反射率為Ql分光板對(duì)于 地球能量的透過率為Q2,則有0単(^kW +〖:尸(/1)a:(/1)^1 = g,.................................(i)0 込..............................................................(2)込(42+^)a2,(丄、2+、)..................................................(4)選擇確定入3和？W，使得上面不等式(3)和近似式(4)成立。如圖l所示的敏感器系統(tǒng)，也可以將恒星成像通道和地球成像通道互相交 換位置，在這種情況下，需要把目前分光板的透射譜段改為反射和反射譜段改 為透射。3個(gè)互為正交的MEMS陀螺各自的測(cè)量軸安裝要求分別與探測(cè)器成像坐 標(biāo)系三個(gè)軸x、 y、 z平行，它們各自產(chǎn)生的零漂移誤差分別由星敏感器測(cè)量信 息校正，校正方法采用擴(kuò)展的卡爾曼濾波方法。敏感器將輸出3個(gè)MEMS陀 螺的近實(shí)時(shí)角速率和姿態(tài)角信息，誤差校正和信息處理將在信息處理與誤差校 正處理單元組件中完成。3個(gè)互為正交的MEMS加速度計(jì)的安裝方式與3個(gè)MEMS陀螺相同，也 是將3個(gè)測(cè)量軸分別平行于成像坐標(biāo)系三個(gè)軸x、 y、 z。 3個(gè)加速度計(jì)分別測(cè) 量x、 y、 z三個(gè)軸的瞬時(shí)加速度，由此兩次積分得到衛(wèi)星相對(duì)初始位置的位移 參量。以上計(jì)算在信息處理與誤差校正處理單元組件中完成。信息處理與誤差校正處理單元組件4是敏感器的信息處理器，負(fù)責(zé)恒星通 道的星圖匹配和地5求通道的地心矢量和地球視角半徑提取，以及負(fù)責(zé)恒星敏感 器測(cè)量的恒星矢量對(duì)MEMS陀螺的零漂移校正和加速度計(jì)的積分運(yùn)算，還負(fù) 責(zé)與衛(wèi)星控制計(jì)算機(jī)通訊和多敏感器信息的綜合處理。該技術(shù)方案將光學(xué)姿態(tài)和地球視角半徑測(cè)量與慣性姿態(tài)和加速度測(cè)量結(jié) 合在一起，統(tǒng)一了測(cè)量基準(zhǔn)，減小了測(cè)量系統(tǒng)地系統(tǒng)誤差；同時(shí)對(duì)MEMS陀 螺的零漂移近實(shí)時(shí)校正提高了測(cè)量精度。由星敏感器和地球敏感器可以得到高 精度的恒星矢量和地心矢量，因此可以得到高精度的三軸姿態(tài)測(cè)量結(jié)果，同時(shí)利用地球敏感器通道可以測(cè)量出地球的視角半徑，再通過地球圖像提取和光學(xué) 性能參數(shù)測(cè)試結(jié)果可以推算出來飛行軌道高度，但是它們是離散值。采用三軸MEMS陀螺可以得到非常高的姿態(tài)變化分辨率，但是它存在較大的零值漂移， 因此只要校正了零漂移就可以得到高精度的MEMS陀螺姿態(tài)測(cè)量結(jié)果。由于 MEMS陀螺與星敏感器和地球敏感器測(cè)量像面坐標(biāo)軸平行安裝，因此具有與星 敏感器同測(cè)量基準(zhǔn)，由星敏感器測(cè)量的高精度慣性空間姿態(tài)可以很好地校正 MEMS陀螺的漂移，這是本方案的一個(gè)特點(diǎn)?？紤]全陰影區(qū)的導(dǎo)航測(cè)量受到可見光譜段的限制，地球敏感器不能工作， 這段較小的時(shí)間間隔可以采用軌道外推算法和加速度計(jì)測(cè)量衛(wèi)星相對(duì)位移變 化，進(jìn)行基于星敏感器、MEMS陀螺、MEMS加速度計(jì)的自主導(dǎo)航。所涉及的發(fā)明方案解決了靜態(tài)自主導(dǎo)航測(cè)量的高精度、近實(shí)時(shí)、低成本、 全自主、全天時(shí)等問題，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)恒星敏感器和地球敏感器釆用可見光譜段降低了實(shí)現(xiàn)難度，增強(qiáng)了敏感器功能；(2 )采用發(fā)明所涉及的分光板光譜透過段的優(yōu)化分配方法可以兼顧不同 亮度的測(cè)量目標(biāo)采用同 一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)和同 一個(gè)探測(cè)器成像。(3) 采用星敏感器、地球敏感器、MEMS陀螺、MEMS加速度計(jì)同基準(zhǔn) 安裝可以減小測(cè)量的系統(tǒng)誤差，提高測(cè)量精度。(4) 采用星敏感器高精度測(cè)量信息隨時(shí)校正陀螺的零漂移，可以得到近 實(shí)時(shí)的高精度三軸姿態(tài)信息。(5) 采用光學(xué)和慣性測(cè)量組合一體化設(shè)計(jì)可以減小尺寸重量和功耗，多 敏感器信息處理與誤差校正處理可以節(jié)約資源，發(fā)揮信息融合的優(yōu) 勢(shì)?？梢匀鞎r(shí)完成全自主導(dǎo)航測(cè)量，在陽照區(qū)采用星敏感器、地球敏感器、 MEMS陀螺和加速度計(jì)即可實(shí)現(xiàn)全自主測(cè)量，在陰影區(qū)采用星敏感器、MEMS 陀螺和加速度計(jì)即可實(shí)現(xiàn)全自主測(cè)量。再參看圖1，中高軌道航天器的光電成像式自主導(dǎo)航敏感器結(jié)構(gòu)的光學(xué)測(cè) 量成像組件1其主要作用是通過分光板將測(cè)量系統(tǒng)分為兩個(gè)通道，這兩個(gè)通道可以正交，也可以不正交，根據(jù)使用需求而定。按照發(fā)明公式(3)和發(fā)明公 式(4)確定分光板的透射和反射光譜段，使得地球和恒星能夠同時(shí)成像在同 一個(gè)探測(cè)器上，探測(cè)器選擇響應(yīng)可見光谫段的光電探測(cè)器件，如可以釆用 CCD(Charge Coupled Devices,電荷耦合器件)，也可以采用APS ( Active Pixel Sensor,有源像素傳感器)。光學(xué)測(cè)量成像組件1主要是對(duì)于地球和恒星成像的，要求具有足夠的視場(chǎng) 角，能夠在地球成像視場(chǎng)以外再擴(kuò)展一個(gè)環(huán)形視場(chǎng)，使得恒星在環(huán)形視場(chǎng)內(nèi)成 像，地球視場(chǎng)和環(huán)形視場(chǎng)的大小確定主要以全天球任何一次捕獲恒星在探測(cè)器 上成像數(shù)量不少于3顆的概率大于99%為標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于地球圖像主要提取邊緣信 息并擬合出來地心矢量和計(jì)算地球視角半徑。對(duì)于恒星圖像主要提取星點(diǎn)能量 中心坐標(biāo)進(jìn)行星圖匹配提取恒星矢量。對(duì)于中高地球軌道的衛(wèi)星，由于地球張角較小，所以成像光學(xué)系統(tǒng)采用大 一見場(chǎng)單一鏡頭即可實(shí)現(xiàn)。參見圖3, MEMS慣性測(cè)量組件3包括3個(gè)正交安裝的MEMS陀螺和3 個(gè)正交安裝的加速度計(jì)，光學(xué)測(cè)量坐標(biāo)系的每個(gè)軸方向分別平行于3個(gè)正交安 裝的MEMS陀螺和3個(gè)正交安裝的加速度計(jì)，如圖3所示，圖中31為探測(cè)器 成像面，x、 y、 z分別為探測(cè)器像面坐標(biāo)軸；32為恒星敏感器和地球敏感器共 用光學(xué)系統(tǒng)；33為3個(gè)互為正交的MEMS陀螺；34為3個(gè)互為正交的MEMS 加速度計(jì)。3個(gè)MEMS陀螺分別安裝在與xy、 xz、 yz平行的平面內(nèi)，各自的 測(cè)量軸xi、 yi、 zi分別與相應(yīng)的x、 y、 z軸平4??；3個(gè)MEMS加速度計(jì)分別安 裝在與 xy、 xz、 yz平4亍的平面內(nèi),各自的測(cè)量軸X2、 y2、 Z2分另'J與相應(yīng)的x、 y、 z軸平行。在這個(gè)條件下各個(gè)慣性測(cè)量組件的安裝位置可以進(jìn)行調(diào)整。下面參看圖2,其為中高軌道航天器的光電成像式自主導(dǎo)航敏感器實(shí)施方 式的原理圖。21為成像探測(cè)器，為數(shù)字光電成像器件，如CCD( Charge Coupled Devices,電荷耦合器件)和APS ( Active Pixel Sensor,有源像素傳感器)等。 22為恒星敏感器和地球敏感器共用的光學(xué)系統(tǒng)，采用可見光設(shè)計(jì)譜段，對(duì)于中 高軌道采用單一鏡頭形式，地球圖像在探測(cè)器視場(chǎng)中心區(qū)域，恒星圖像在探測(cè)器視場(chǎng)邊緣區(qū)域；23為分光板，將光學(xué)系統(tǒng)分為恒星敏感器通道和地球敏感 器通道，而且對(duì)于地球和恒星的亮度起到均衡的作用。24為恒星成像環(huán)形視場(chǎng)， 如圖2的陰影區(qū)域所示。5為地球，6為恒星，7為恒星在探測(cè)器上的像，8為 地球在探測(cè)器上的像。構(gòu)成上述發(fā)明的各個(gè)功能組件，如靜態(tài)成像地球敏感器、星敏感器、MEMS 陀螺、MEMS加速度計(jì)可以基于信息處理單元單獨(dú)地或者任意組合應(yīng)用，以滿足 不同的使用目的。如星敏感器組件可以單獨(dú)使用，也可以與靜態(tài)成像式地球敏 感器聯(lián)合使用，還可以和靜態(tài)成像式地球敏感器、MEMS陀螺、MEMS加速 度計(jì)三者之一或之二組和使用，輸出相應(yīng)信息。當(dāng)上述發(fā)明減少組件種類的情 況下，相應(yīng)種類組件非共用部分可以取掉。如若僅需要地心矢量測(cè)量時(shí)，分光 板及其相關(guān)結(jié)構(gòu)可以去掉，圖像處理軟件中的星敏感器相關(guān)部分可以去掉， MEMS組件均可以去#■。上述發(fā)明所述的系統(tǒng)除了在繞地球飛行姿態(tài)確定和位置確定外，還可以應(yīng) 用于其它天體相應(yīng)軌道高度的繞飛的姿態(tài)和自主導(dǎo)航測(cè)量。上述的說明，僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，非為限定本發(fā)明的實(shí)施例；凡熟 悉該項(xiàng)技藝的人士，其所依本發(fā)明的特征范疇，所作出的其它等效變化或修飾， 如尺寸大小、材料選擇、或形狀變化、增減功能組件類型和數(shù)量等，皆應(yīng)涵蓋 在以下本發(fā)明所申請(qǐng)專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種中高軌道航天器的可見光成像式自主導(dǎo)航敏感器系統(tǒng)，其特征在于其包括光學(xué)測(cè)量成像組件、探測(cè)器焦平面組件、MEMS慣性測(cè)量組件、信息處理與誤差校正處理單元組件，所述的光學(xué)測(cè)量成像組件包括成像鏡頭和分光板結(jié)構(gòu)；所述的探測(cè)器焦平面組件的探測(cè)器的光敏面安裝在光學(xué)測(cè)量成像組件的成像面上，探測(cè)器焦平面組件將固定在敏感器系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)上；所述的MEMS慣性測(cè)量組件則包括3個(gè)正交安裝的MEMS陀螺和3個(gè)正交安裝的加速度計(jì)，光學(xué)測(cè)量坐標(biāo)系的每個(gè)軸方向分別平行于3個(gè)正交安裝的MEMS陀螺和3個(gè)正交安裝的加速度計(jì)；所述的信息處理與誤差校正處理單元組件是采用信息處理器對(duì)各個(gè)敏感器信息進(jìn)行處理，然后將星敏感器測(cè)量信息用于MEMS陀螺的零漂移校正，最后由標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通訊接口輸出近實(shí)時(shí)高精度三軸姿態(tài)信息和軌道高度信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中高軌道航天器的可見光成像式自主導(dǎo)航敏感 器系統(tǒng)，其特征在于中高軌道航天器的可見光成像式自主導(dǎo)航敏感器系統(tǒng)中的 星敏感器和可見光靜態(tài)成像式敏感器通過采用分光濾光片共用所述的光學(xué)成 像組件和探測(cè)器焦平面組件，探測(cè)器視場(chǎng)分割使用，中心區(qū)域?yàn)榭梢姽忪o態(tài)成 像式敏感器使用，用來對(duì)地球成像，邊緣區(qū)域?yàn)樾敲舾衅魇褂?，用來?duì)恒星成 像。所述的星敏感器是一種通過對(duì)恒星成像提取與標(biāo)準(zhǔn)星圖庫匹配得到其光軸 相對(duì)于慣性空間的指向矢量的；所述的可見光靜態(tài)成像式敏感器是一種通過對(duì) 地球成像提取地球中心矢量的；上述星敏感器和可見光靜態(tài)成像式敏感器都擁 有共同的4象面坐標(biāo)系，其Z軸沿光軸指向地球方向，其X軸和Y軸分別與探 測(cè)器陣列的行和列方向 一致。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中高軌道航天器的可見光成像式自主導(dǎo)航敏感 器系統(tǒng)，其特征在于所述的3個(gè)MEMS陀螺分別安裝在與像面坐標(biāo)系三個(gè)軸 平行的三個(gè)正交軸方向上；3個(gè)MEMS加速度計(jì)的三個(gè)安裝軸與星敏感器像面 坐標(biāo)系三個(gè)軸方向一致；所述的MEMS陀螺和MEMS加速度計(jì)它們的安裝軸 與星敏感器和可見光靜態(tài)成像式地球敏感器像面坐標(biāo)系三個(gè)坐標(biāo)軸方向一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中高軌道航天器的可見光成像式自主導(dǎo)航敏感 器系統(tǒng)，其特征在于組成系統(tǒng)的各個(gè)功能組件分別是星敏感器、可見光靜態(tài)成 像式敏感器、MEMS陀螺、MEMS加速度計(jì)，它們都能基于信息處理單元單 獨(dú)或者任意組合搭配應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種中高軌道航天器的可見光成像式自主導(dǎo)航敏感器系統(tǒng)，其包括光學(xué)測(cè)量成像組件、探測(cè)器焦平面組件、MEMS慣性測(cè)量組件、信息處理與誤差校正處理單元組件。本發(fā)明通過采用可見光譜段探測(cè)可以使用普通光學(xué)玻璃進(jìn)行設(shè)計(jì)，降低了光學(xué)系統(tǒng)的研制難度，去掉了光纖轉(zhuǎn)換器和像增強(qiáng)器減小了儀器的復(fù)雜性，采用一次成像探測(cè)保證了探測(cè)精度，因恒星和地球探測(cè)均可以借助于濾光片進(jìn)行光譜能量分配，所以可共用一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)器，一體化設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有重量輕、體積小、功耗低、精度高、數(shù)據(jù)更新率高、成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01C21/24GK101275843SQ20071009100
公開日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者郝云彩 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所