[发明专利]一种无遮光罩星敏感器

说明书

本发明涉及一种飞行器姿态控制系统所应用的恒星测量敏感器，尤其是涉及一种不用遮光罩即可满足消杂光要求的星敏感器，包括整机结构、光电探测器及其成像电路、数据信息处理电路、软件、输入输出接口和内消光光学系统，可依赖内消光光学系统实现无遮光罩设计；所述内消光光学系统括光学成像镜头、消杂光光纤面板和光电探测器三部分；在焦平面处引入消杂光光纤面板前端面，在消杂光光纤面板的出口端面密贴光电探测器；所述消杂光光纤面板、光电探测器感光面与光学成像镜头光轴垂直。本发明使星敏感器光学系统本身具有了消杂光功能，而且还可以使得现有技术中的遮光罩尺寸和重量大幅度减小，甚至不用遮光罩，节省成本和资源，更加便于星体上安装。

技术领域

本发明涉及一种飞行器姿态控制系统所应用的恒星测量敏感器，尤其是涉及一种不用遮光罩即可满足消杂光要求的星敏感器。

背景技术

星敏感器是飞行器姿态控制系统所经常采用的一种姿态测量敏感器，在飞行器控制领域发挥非常重要的作用。星敏感器一般由遮光罩、光学成像系统、CCD（Charge CoupledDevices，电荷耦合器件）或APS（Active Pixel Sensor，有源像素传感器）成像电子线路、DSP（Data Signal Processor，数字信号处理器）信息处理单元、星图处理软件、通讯接口等几大部分构成。其中遮光罩起到在一定的抑制角范围内抑制太阳、地气散射、月球等入射到星敏感器视场外附近天体杂光的作用，目前为止国际上所有的星敏感器都必须配备遮光罩，遮光罩设计的目标是在满足杂光抑制角的前提下尺寸和重量越小越好。

用现有技术所设计的遮光罩一般尺寸和重量相对较大，不但引起发射费用的提高，而且对于星敏感器在卫星上的布局提出了很高的要求，有时不能满足在杂光抑制角内无遮挡的条件，或者能满足的安装位置由于遮光罩尺寸较大而与其它仪器结构干涉，造成较大的麻烦。为了克服现有技术中遮光罩尺寸和重量较大带来的成本增加和安装不便的缺点，本发明提出了一种无遮光罩星敏感器，主要提出了一种用光纤面板参与成像抑制杂光的设计方案，以期彻底解决这个问题。

星敏感器遮光罩消杂光能力的技术指标一般采用消光比（或称杂光抑制比），定义为以某一角度充满入口入射到遮光罩内的平行杂光能量与经过遮光罩后落在出口的能量之比，消光比越高，说明遮光罩抑制能力越强。星敏感器的太阳杂光抑制能力国际上普遍采用太阳抑制角来表征，太阳抑制角就是能保持星敏感器性能最小太阳入射角度，一般都大于视场角，这个角度越接近视场角，说明星敏感器杂光抑制能力越高，遮光罩的设计目标就是保证遮光罩指定消光比的前提下使得尺寸和太阳抑制角最小。

在遮光罩设计技术上，主要采用挡板型内部喷黑漆的技术途径，即使如此，针对不同的视场角和不同的消光比要求，遮光罩的设计也会有各种技巧和变化。遮光罩设计方案一般可分为挡板吸收型、反射型、反射吸收混合型，挡板吸收型目前应用最广，这种类型又分为二级设计和一级设计。二级设计一般尺寸较大，但是优点是消光比高，精度要求越高这种类型应用越有利。一级设计主要是针对视场大精度低于1角秒的星敏感器采用的，优点是尺寸小，但是消光比不如二级遮光罩高。例如美国劳伦斯里沃墨国家实验室（LawrenceLivermore National Lab.）开发的一款28°X42°超大视场角星敏感器，其遮光罩是一级设计的，主要采用挡板吸收形式，在最小抑制区域内是不允许有太阳光进入的，参见Proceedings of SPIE ，Vol.1530，PP306-324 。再如中国嫦娥一号月球探测器星敏感器遮光罩是采用二级设计的，到达像面的太阳杂光要经过4次漫反射，因此消光比达到109以上，参见航天控制，2004年6月，No.3，P61。