[发明专利]一种高精度的星敏感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高精度的星敏感器。

背景技术

星敏感器是感受恒星的辐射并测量卫星相对于该恒星方位的一种光学姿态敏感器。由于恒星的张角非常小，且星光在惯性坐标系中的方向是精确已知的，所以星敏感器的测量精度很高，为了减小外界杂散光的影响，常常在星敏感器的镜头前加一个遮光罩，星敏感器根据聚焦几何关系进一步求出星光矢量在星敏感器坐标系中的方向，再由安装矩阵求得星光矢量在载体本体坐标系中的观测矢量。

为了进一步提高星敏感器精度，一般采用大面阵的图像传感器(比如采用CMV4000的2048×2048像元大面阵图像传感器)进行设计，如果视场不增加的前提下，增加面阵能提高星敏感器的姿态精度，但是，受到星敏感器受自身结构的限制，其滚动角精度低，一般比偏航角和俯仰角约低一个量级，而且随着星敏感器图像传感器面阵的增加，从图像中提取的恒星星像坐标的时间也随着增加，从而降低了星敏感器的数据更新率，降低了星敏感器的动态性能。有些文献同时读取和处理两路像素数据来从图像中提取恒星星像坐标，该方法从理论上讲提取恒星星像坐标的时间降低了一半，但是如果某些恒星星像分布在两路之间，采用双路质心跟随成像技术提取恒星星像坐标可能不正确，因此，纯粹采用增大图像传感器面阵的方法来提高星敏感器的精度不可取。

为了提高星敏感器滚动角的精度，当前把星敏感器设计为多个探头，采用数据融合的方法利用多个探头的数据来提高星敏感器的精度，多探头星敏感器由于视场的有效扩充，带来更丰富的观测信息，可以进一步提高星敏感器的测量精度和工作可靠性，比如法国Sodern公司和丹麦技术大学提出多探头星敏感器的设计概念。

多探头星敏感器的探头之间的工作模式可以采用同步模式或者异步模式，同步模式就是多个探头同时曝光同一时刻的星图，所有探头曝光同时结束，在该种模式下，星敏感器数据处理单元可以利用所有探头的数据，采用信息融合的方法来提高星敏感器精度，从而提高星敏感器高精度的导航数据。这种工作模式必须满足探头之间完全同步，但实际上受电路设计、工艺等影响，造成时间延时不一致，因此实际工程上所有探头不可能完全同一时刻采图。

异步模式是有探头分别曝光，所有探头异步工作模式下的校时方法，所有探头分别有守时模块，数据处理单元也有守时功能，数据处理单元与探头之间采用时间秒脉冲和数据线之间进行时间同步。并且实时地保存曝光时刻，数据处理单元接收到所有探头的星图数据同时也能接收到所有探头的曝光时刻，这样虽然所有探头分别采用不同的控制器进行控制，不会由于电路设计、工艺等影响，造成时间延时不一致的影响而造成星敏感器精度下降。因此，采用该模式不但具有采用同步模式的高精度姿态信息，而且具有高数据更新率的特点，在该模式下，为了获得高精度的姿态信息，探头之间的时间同步是关键问题。但各探头驱动电路部分的晶振不同，长时间后存在相位差等，所有探头收到数据处理单元的时间同步时间内，探头之间存在时间不同步的缺点，由于时间不同步，利用这些探头计算的三轴姿态不够精确。本发明提出一种新的多传感器驱动设计方法，该方法是一种完全的同步模式，而且该方法具有异步模式姿态精度高，避免了传统异步模式下数据处理单元与探头之间采用时间秒脉冲和数据线之间进行时间同步的缺点。

发明内容

本发明提出一种高精度的星敏感器，该方法是一种完全的同步模式，而且该方法具有异步模式姿态精度高，避免了传统异步模式下数据处理单元与探头之间采用时间秒脉冲和数据线之间进行时间同步的缺点。