[发明专利]共光路多视场星敏感器及其星体姿态测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种共光路多视场星敏感器及其星体姿态测量方法。

背景技术

随着空间中对高精度姿态敏感器的需求日益加剧，为了获取准确的姿态信息，必须采用高精度的姿态测量敏感器。星敏感器是目前空间应用中精度最高的姿态测量设备，但是其三个测量方向中沿光学系统光轴方向的测量精度较其它两轴相比要低一个数量级，仅靠单一视场的星敏感器难以做到三轴同时高精度测量。而常规的提高测量精度的方法是采用多台星敏感器数据相互融合的方式，或者采用多套光学系统、多套成像单元组成的多视场星敏感器系统，这样虽然可以实现三轴高精度测量，但同时也带来了诸如重量、功耗较大，安装位置难以精确标定等问题。

发明内容

本发明提供一种共光路多视场星敏感器及其星体姿态测量方法，可以有效的解决单视场星敏感器沿光轴方向测量精度较低的问题，同时也可克服传统多视场星敏感器采用分体式的光学系统和成像系统而引起的重量、功耗和体积较大的缺点，在实现三轴高精度测量的同时也实现了轻小型化设计，可以满足多种卫星平台对高精度姿态测量的需求。

为了达到上述目的，本发明提供一种共光路多视场星敏感器，该共光路多视场星敏感器包含光学系统、成像单元和电路连接成像单元的数据处理单元；

所述的光学系统包含：

第一高反射镜组，其设置在星敏感器的光线入口处，该第一高反射镜组包含三个第一高反射镜，所述的第一高反射镜为平面反射镜；

第二高反射镜组，其包含三个第二高反射镜，每个第二高反射镜与所述的每个第一高反射镜对应设置，每个第二高反射镜分别设置在星敏感器内能够接收并反射对应的第一高反射镜的反射光线的位置处，所述的第二高反射镜为凹面反射镜；

第三高反射镜，其设置在星敏感器内能够接收并反射第二高反射镜组内的第二高反射镜的反射光线的位置处，所述的第三高反射镜为凸面反射镜；

所述的成像单元接收第三高反射镜的反射光线，对不同视场方向进入的星点同时成像并完成星图识别；

所述的数据处理单元根据成像单元获得的星图，完成星点质心坐标的提取和星体姿态的解算。

所述的三个第一高反射镜按照两两之间呈120°夹角的方式，均匀布置，每个第一高反射镜与水平位置的倾角为45°。

本发明还提供一种利用共光路多视场星敏感器实现的基于共光路多视场星敏感器的星体姿态测量方法，该基于共光路多视场星敏感器的星体姿态测量方法包含以下步骤：

步骤1、光学系统同时观测三个不同天区的恒星，并将三个不同天区的恒星同时成像到成像单元；

步骤2、成像单元对三个不同天区的恒星同时成像，对成像的星点进行星图识别；

步骤3、数据处理单元同时对采集到的恒星星点进行质心坐标的提取，并通过对三个视场的偏移量进行非对齐修正，最终完成高精度的星体姿态角输出。

所述的步骤2包含以下步骤：

步骤21、利用视场点扩散函数来完成成像星点所属视场的确定；

步骤22、采用基于四棱锥的方法，通过识别星的棱锥布局来完成星图识别。

所述的步骤21中，确定视场就是确定点扩散函数的对称轴的斜率，点扩散函数的对称轴的斜率与点扩散函数图像的惯性张量J的特征向量一致；

点扩散函数的对称轴的方位，通过惯性张量J的本征分析得到：