[发明专利]一种星敏感器温场测量和指向温漂补偿方法

说明书

一种星敏感器温场测量和指向温漂补偿方法，包括步骤如下：一，计算得到若干组在星敏感器在设定工作温度场分布下的光轴漂移量和热离焦量；二，根据步骤一计算结果，确定能够敏感到光轴漂移量和热离焦量的最少的测温点数量和测温点分布；三，根据步骤一所建模型和步骤二确定的测温点布局预设若干加热器，并计算分析确定控温点数量和分布；四，得到若干相似温度场样本区域的光轴漂移量和热离焦量数学拟合公式，解算出温度场变化当前值的光轴漂移量和热离焦量；五，通过温场试验标定对步骤四的光轴漂移量和热离焦量数学拟合公式进行校正；六，计算星敏感器光轴指向的测量数据补偿量。本发明降低了星敏感器光轴热漂移带来的低频率误差。

技术领域

本发明涉及一种星敏感器全局温度测量与控制方法，属于空间姿态测量星敏感器设计领域。

背景技术

据已有文献，目前星敏感器克服热影响的方法主要是从无热化设计和控制加热点温度来实现的。

无热化设计主要是针对星敏感器的光学系统或者安装支架开展温度变化情况的星点成像质量稳定性设计。具体而言，光学系统和光学结构具有热胀冷缩效应，因此会使光学零件和结构零件发生变形和光学材料热光学常数的变化，从而导致光学成像质量发生变化，主要表现在热离焦和像的热漂移。热设计的目标就是将这种变化尽量消除或者将这种变化带来的效果减小。

国内学者对于星敏感器热设计和分析已经有研究，如张彧等在《航天环境工程》2016年Vol.33,No.5发表的“环月轨道一体式星敏感器热设计及仿真验证”一文中计算了空间轨道上一体式星敏感器的热外流分布，提出了控制星敏感器工作温度的热控方案，是通过外部包覆和涂热热控漆结合进行热控，设计了一个星敏感器光学系统。闫佩佩和樊学武在《激光与光电子学进展》48，0922202期发表了“大相对孔径甚高精度星敏感器设计”一文，考虑了消热差和抗离焦性能，以保证热环境下的工作性能。国外学者很少专门发表文章讨论这个问题，但在关于星敏感器设计的文章中所提到的热设计也和国内学者采用的方法类似。

由上可见，现有技术对于星敏感器的热环境引起的性能变化通过自身热设计和被动热控解决，对于残存的热差是没有办法消除的。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有星敏感器技术中在轨热光轴漂移无法校正的不足，提出一种星敏感器温场测量和指向温漂补偿方法，降低了星敏感器光轴热漂移带来的低频率误差，提高星敏感器的测量精度。

本发明的技术解决方案是：一种星敏感器温场测量和指向温漂补偿方法，包括步骤如下：

步骤一，建立星敏感器光学系统、机械结构和电热器件的三维结构模型和热有限元分析模型，计算热分布对像面离焦和光轴漂移量影响，得到若干组在星敏感器在设定工作温度场分布下的光轴漂移量和热离焦量；

步骤二，根据步骤一计算结果，确定能够敏感到光轴漂移量和热离焦量的最少的测温点数量和测温点分布；

步骤三，根据步骤一所建模型和步骤二确定的测温点布局预设若干加热器，并计算分析确定控温点数量和分布；控温点数量和分布的确定原则是以最少的控温点平衡星敏感器温度梯度，达到设计温度场范围；将控温系统控温后的温度场测量结果作为补偿光轴漂移和像面离焦的计算输入；

步骤四，对步骤一中获得的若干组在星敏感器在设定工作温度场分布下的光轴漂移量和热离焦量进行数学拟合，得到若干相似温度场样本区域的光轴漂移量和热离焦量数学拟合公式；当温度场发生变化时，利用上述光轴漂移量和热离焦量数学拟合公式，解算出温度场变化当前值的光轴漂移量和热离焦量；

步骤五，通过温场试验标定对步骤四的光轴漂移量和热离焦量数学拟合公式进行校正，得到符合实际温度场变化的光轴漂移和离焦量数学拟合公式；

步骤六，将星敏感器温度场测量实际值代入步骤五中获得的符合实际温度场变化的光轴漂移和离焦量数学拟合公式，计算出实际的光轴漂移和离焦量作为星敏感器光轴指向的测量数据补偿量。