[发明专利]姿态确定系统

说明书

一种仪器(20)，通过使来自太阳的入射光(11)与一个或多个光调节元件(12)相互作用并由此在光敏检测器(13)处形成衍射图案来确定安装有该仪器(20)的航天器(3)的姿态。检测器(13)上的光的强度分布取决于光(11)的入射角。机载计算机(16)基于由检测器(13)检测的光衍射图案确定到太阳的方向矢量。

本发明涉及一种姿态确定系统和方法，更具体地，涉及一种用于确定航天器例如卫星的姿态的系统和方法。

为了正确操作，需要航天器和卫星相对于一个或一些其它物体测量(或确定)它们的方向(“姿态”)。通常，这是使用安装在航天器或卫星上的仪器例如星象跟踪器或太阳传感器来实现的。通常，需要多个仪器来给予航天器或卫星在所有方向上的足够视野。

星象跟踪器通常使用预定的参考或引导星场图案以允许航天器或卫星确定其位置和方向。收集周围星场的图像并与一个或多个参考星象图案进行比较，以确定卫星或航天器的位置和姿态。

太阳传感器是光电设备，用于检测太阳光到达的方向。在典型的太阳传感器中，光调节元件(例如包括狭缝的挡板)用于约束落在光检测器单元阵列上的光。落在阵列或落有光的单元上的光量取决于太阳的方向。因此，通过测量多少光落在阵列的哪个单元上，系统能够确定太阳沿一个轴的方向。

通常，给定的太阳传感器仅能够沿着太阳传感器所朝向的一个轴确定太阳的方向。因此，通常需要将两个这样的太阳传感器彼此垂直地定向，以便确定姿态矢量的x和y分量。此外，当太阳传感器用作姿态确定装置时，通常具有分别具有低精度但宽视场(粗糙太阳传感器)和高精确但小视场(精细太阳传感器)的单独仪器。

太阳传感器可以采取的最小可能尺寸被认为受到在光电检测器阵列处在没有来自一个或多个狭缝(或一个或多个其它光调节元件)的光的显著衍射下测量光的需要的限制，这可能增加不想要的噪声到光电检测器测量。例如，如果挡板(或其它光调节元件)中的狭缝太小，则这可能导致入射光的显著衍射，这可能导致光落在阵列中像素的“扩散”上，从而将噪声添加到光电探测器阵列测量中，从而导致太阳位置的不准确确定。因此，太阳传感器通常被设计成尽可能地最小化衍射效应，例如通过使用宽度/尺寸比入射光的波长大得多(例如超过100倍)的狭缝/孔径，以避免用于确定太阳方向的光测量中的不想要的噪声。

因此将理解，保持衍射效应最小化而不显著影响典型太阳传感器中的光测量的需要有效地限制了典型太阳传感器可具有的最小尺寸。因此，现有的星象跟踪器和太阳传感器相对较大(每个仪器约1000cm³)和较重(每个仪器数百克)。

申请人相信仍有可能有利地减小用于确定航天器和卫星姿态的仪器的尺寸和/或质量。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定航天器或卫星的姿态的仪器，其包括：

检测器；

一个或多个调节元件，其中所述一个或多个调节元件设置成将来自电磁辐射源的电磁辐射衍射到所述检测器上，以在检测器上产生衍射图案；和

处理电路，其配置成基于由检测器检测到的衍射图案确定所述航天器相对于所述电磁辐射源的姿态。

根据本发明的第二方面，提供了一种确定航天器的姿态的方法，其包括：

通过来自与一个或多个调节元件相互作用的电磁辐射源的电磁辐射检测在检测器上产生的衍射图案；以及

基于由检测器检测到的衍射图案确定所述航天器相对于所述电磁辐射源的姿态。