[发明专利]一种星箭一体化惯性姿态敏感器

说明书

技术领域

本发明属于航天惯性技术领域，更具体地，涉及一种星箭一体化惯性姿态敏感器。

背景技术

惯性姿态敏感器(简称IAS)是卫星、空间站、太空望远镜、深空探测器、空间机器人等各类空间飞行器的姿态、角速度敏感装置。IAS以陀螺为核心器件，辅助配套有加速度计用于敏感载体机动时的加速度、速度、位移变化信息。IAS上还会加装光学校准装置、其他传感器接口电路、分系统信息融合计算机、数据输出接口和遥测接口等，用以和星敏感器、太阳敏感器、地球红外地平仪、紫外敏感器、磁强计等传感器进行信息融合，同时也是为了安装、校准的便利。实践中，3个以上敏感轴的IAS也是高性能三轴姿态稳定航天器的标准化配置装置，在与其它敏感器进行组合导航时，也是作为公共参考系统应用的。由于IAS以陀螺、加速度计等为传感器表头，其在构成上与运载火箭的惯导系统(简称INS)有很多相似之处。运载火箭一般用于发射各类空间飞行器，它的INS一般是由相互垂直的3只陀螺、3只加速度计作为传感器表头，辅助以光学瞄准镜、信号电路、导航计算机等。

虽然从构成形式上看，IAS与运载火箭的INS在传感器表头、附属电路等方面非常相似；但在具体的技术参数方面，二者有存在非常大的差异。具体来说，高精度卫星IAS的角速度测量范围很小，一般在2°/s范围内；但在角速度分辨率方面要求很高，且对陀螺死区、长期零偏稳定性、随机游走系数、噪声的要求也远远高于运载火箭的INS，综合应用精度往往优于0.01°/h。运载火箭则要求INS对角速度测量范围很宽，至少要超过±80°/s，由于其飞行时间短、角速度变化大、工况环境恶劣、地面有辅助航向角系统等原因，INS首先是提高环境应的可靠性，对极低角速度、长时间工作环境不做特殊处理；因此，直接应用于卫星时的表现精度往往只有0.1°/h左右的水平。根据阶段的不同，敏感器的测量需求也有差异。运载火箭升空时，敏感器的角速度测量需求范围较大，对测量精度要求较低；空间飞行器在轨飞行时，敏感器的角速度测量需求范围很小，但是对测量精度要求很高。这就导致现有技术中，运载火箭和空间飞行器的敏感器一般都是单独设置，各自发挥作用。虽然这种方法一定程度上能够解决两者测量需求不同的问题，但是不同的敏感器测量基准不同，其测量结果一定程度上不能共用。此外，由于运载火箭和空间飞行器的敏感器不能共用，那么为了保证两者的测量任务顺利进行，需要分别搭载敏感器，即运载火箭和空间飞行器的冗余重量加大，影响卫星有效载荷，相应的卫星质量就需要减小，也就是对卫星设备提出了更高的技术要求。