[发明专利]多视场分离的地球敏感器

权利要求书

1.一种多视场分离的地球敏感器，其特征在于，包括：

线阵红外探测器，所述线阵红外探测器用于敏感地球CO₂红外吸收带的厚度；

多视场系统，所述多视场系统用于探测地球红外辐射与真空的边缘，来测量地球大气辐射圈所形成的地平圆，进而获得地心矢量；以及

测量单元，所述测量单元用于根据已知的地球的半径和CO₂红外吸收带的厚度来测算飞行器姿态和高度。

2.如权利要求1所述的多视场分离的地球敏感器，其特征在于，所述多视场系统包括由n个投影在水平面上互成的视场组成。

3.如权利要求1所述的多视场分离的地球敏感器，其特征在于，所述的线阵红外探测器敏感的是波长为14～16μm的CO₂红外吸收带。

4.如权利要求1所述的多视场地球敏感，其特征在于，所述的测量单元通过所述线阵红外探测器，即线阵红外CCD，直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。

5.如权利要求1所述的多视场地球敏感，其特征在于，所述的测量单元是针对飞行高度在70km～100km的飞行器。

6.如权利要求1所述的多视场地球敏感，其特征在于，所述测量单元中，建立地球敏感器观测地球模型，通过敏感地平圆来获得地心方向，根据以下算法计算所述飞行器的姿态和高度信息：

（1）根据所述观测地球模型，有几何关系其中，θ表示地心矢量与入射光线所夹的锐角，为所述多视场分离的地球敏感器的安装角，R为地球半径，r为CO₂红外吸收带厚度；

（2）假设飞行器初始坐标系为X₁Y₁Z₁，飞行器依次绕Z轴、X轴、Y轴转动α、β、γ的角度，转动后的本体坐标系为X₂Y₂Z₂，由于所述多视场地球敏感器关于Z轴旋转对称，且所述观测地球模型也关于Z周旋转对称，因此绕Z轴的转动对于观测结果没有影响，故取α=0，根据欧拉角旋转矩阵获得飞行器初始坐标系到新坐标系的姿态旋转矩阵：

C21=cosγsinβsinγ-cosβsinγ0cosβsinβsinγ-sinβcosγcosβcosγ]]>

从而获得新坐标系下的地心矢量：

E→21=C21E→11=cosγsinβsinγ-cosβsinγ0cosβsinβsinγ-sinβcosγcosβcosγ00-1]]>

=cosβsinγ-sinβ-cosβcosγT]]>

（3）由所述线阵红外CCD获得的测量结果计算转动后的地心方向矢量：

E→22=(X→23-X→21)×(X→22-X→21)||(X→23-X→21)×(X→22-X→21)||]]>

其中：

u₁、u₂、u₃分别为3个所述线阵红外CCD上的坐标点，f为所述视场中镜头的焦距，初始光线与Z轴的夹角，为三条入射光线与所述对应的线阵红外CCD光轴的夹角；

（4）由上述公式可以计算所述飞行器的姿态角β、γ为：

β=-arcsinE→22(2)]]>

γ=-arctanE→22(1)E→22(3)]]>

其中，分别是所述转动后地心方向矢量的三个元素；

飞行器的飞行高度为：