[发明专利]一种高动态星敏感器

说明书

本发明公开了一种高动态星敏感器，属于测量、测试的技术领域。星敏感器包括：包含电子蛙眼的成像模块、图像处理模块、信号处理模块、恒星提取与识别模块、数据处理与存储模块，当卫星姿态不稳定时通过电子蛙眼采集高动态运动图像，剔除高动态恒星运动轨迹的杂星和杂散光信息以提取关键恒星信息，以杂散光抑制率以及测量星内角距和星库星内角距的统计偏差作为成像精度和姿态确定精度的评价指标，在满足成像精度后进行姿态估计，实现了高动态下卫星姿态的准确解算，有利于延长航天器在轨使用寿命、提升工作能力、减少空间碎片数量，进一步推进航天器向长寿命、轻小型、高可靠、高精度方向发展，对航天产业可持续发展具有重要意义。

技术领域

本发明公开了一种高动态星敏感器，属于测量、测试的技术领域。

背景技术

星敏感器由于其测量精度高以及可以完备的输出卫星姿态角信息的特点成为高精度卫星姿态测量的有效设备。由于空间环境复杂以及星感器附近存在难以避免的振动或抖动(如飞轮转动)，卫星姿态在卫星初始入轨、轨控、失控的状态下具有的高动态性很容易引发星敏感器的数据不稳甚至导致星敏感器数据不可用，从而带来测量误差，严重降低姿态测量数据的精度和稳定性。

传统型星敏感器在高动态状态下会产生“星光拖尾”现象，恒星星光在星敏感器成像曝光时间内会拉长变形产生拖尾，有限的星光能量分散到更多的像元上，星像变得暗淡甚至淹没在背景噪声中，导致星图对比度和信噪比显著下降，星体能量趋于分散，敏感到的星等降低使星敏感器的观测精度急剧下降。面对复杂的空间环境，星敏感器可能数据不可用且精度差，却要求星敏感器在卫星高动态状态下仍然具有姿态确定能力并保持较高精度。

目前，大多数用于高动态下姿态测量的星敏感器主要在星体目标提取方法方向进行改进或者采用组合测姿的方法提高星敏感器的精度，如北京航空航天大学的金雁提出的一种关于高动态星体目标提取方法，国防科技大学的韩礼提出的一种高动态条件下惯性星光组合定姿方法，国内外尚未有用于高动态下姿态测量的星敏感器。

生物学结果表明蛙眼有四种独立的图像动作使之对运动目标非常敏感，具有感知的背景模糊、前景清晰的视觉特性，电子蛙眼正是利用蛙眼对运动目标极其敏感尤其是对运动的弯曲边缘反映强烈的视觉特性实现快速移动目标的捕捉。本申请旨在利用电子蛙眼捕捉高动态下的恒星图像，通过剔除恒星图像中的杂星和杂散光信息实现关键恒星信息的提取进而提高卫星姿态测量精度。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种高动态星敏感器，利用电子蛙眼识别动态目标具有快速、准确的优势实现了高动态下卫星姿态的准确解算，解决了现有的星敏感器不能在高动态下准确测量卫星姿态并保持较高测量精度的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种基于电子蛙眼的高动态星敏感器，当卫星处于高动态状态时，启用电子蛙眼进行成像，通过电子蛙眼对运动的恒星进行运动目标图像采集以及运动目标检测，剔除获取的恒星成像中的杂星和杂散光信息后提取与识别恒星，获取星敏感器的观测信息，根据观测信息进行姿态解算估计得到航天器的姿态信息；当航天器处于稳定状态时，则采用常规模式进行成像，最后通过星敏感器姿态评估系统对姿态估计进行评估，评估结果反映姿态估计的可靠性、稳定性以及精度。星敏感器姿态评估系统可以对成像进行评估，用杂散光抑制率以及测量星内角距和星库星内角距的统计偏差作为评价指标，可以评价高动态星敏感器成像的精度，以提高航天器姿态测量的精度和稳定性。

星敏感器由五个模块组成，分别为成像模块、图像处理模块、信号处理模块、恒星提取与识别模块、数据处理与存储模块。