[发明专利]一种小视场相机天文找北技术方法及装置

说明书

本发明公开了一种小视场相机天文找北技术方法及装置。该装置包括角运动伺服机械平台、小视场相机、辅助设备和控制及信息处理系统。通过控制伺服机械平台做期望的角运动，产生有限个角速度为零的角位置，带动紧固于所述平台的相机做锥扫运动，在平台角速度为零的时刻采集星图从而避免成像拖尾，结合辅助设备提供的信息开展多帧异步星图的处理，计算获得基座平台的姿态及地理北向信息。本发明提供的装置及其操作方法，基于单目小视场相机即可实现全天时姿态确定，大大降低装置的复杂度和体积重量。

(一)技术领域

本发明属于天文技术领域，是一种利用相机观星进行天文找北的技术方法及装置。

(二)背景技术

天文找北通过相机观星确定地理北向，是一种新型的高精度的非陀螺找北技术，具有自主性强、隐蔽性好、准确性高等优点。大视场相机可观测星数目多，可以独立完成姿态确定及天文找北。然而对于小视场相机(比如天文望远镜)来说，由于可观测星数少(甚至低于3颗)且纵轴定姿精度很低，难以独自完成星光定姿以及天文找北。白天天文找北装置恰需要小视场望远镜，是因为小视场相机白天成像的背景电平更低，信噪比更高。因而解决小视场星敏感器天文找北技术具有重要的工程意义。

国内外有些机构现在采用三视场天文导航设备，可以实现天文定姿或天文找北。然而这类三视场或多视场的设备(比如：多视场星敏感器或多视场望远镜)，结构复杂，体积和重量较大，信号处理系统设计难度大。依靠增加相机个数来弥补单目小视场相机观星数目的不足，不是灵巧的设计方案。

(三)发明内容

本发明提供了一种小视场相机天文找北技术方法及装置，包括：

一个角运动伺服机械平台，在有限个角位置处角速度为零；

一个小视场相机，紧固于所述角运动伺服机械平台，所述相机光轴与所述平台主轴的夹角称为半锥角，小视场相机与所述角运动机械平台同步随动，即所述相机光轴相对于所述平台主轴做锥扫运动；

辅助设备，用以提供时间信息以及当地地理经纬度信息；

控制及信息处理系统，生成角运动伺服机构的控制指令，并开展多帧异步星图的处理，输出姿态及北向信息。

本发明提供了一种小视场相机天文找北技术方法及装置的操作方法，包含以下步骤：

步骤1，控制及信息处理系统令伺服机械平台做期望的角运动，使有限个角位置处出现角速度为零情形；

步骤2，相机光轴随伺服机械平台做锥扫运动，在伺服机械平台角速度为零的角位置相机采集星图，获得异步星图序列；

步骤3，控制及信息处理系统建立算法处理多帧异步星图；

步骤4，结合辅助设备提供的时间信息以及当地地理经纬度信息，计算获得所需的基座平台姿态及地理北向信息。

本发明的有益效果是：

利用角运动伺服机械平台，产生有限个角速度为零的角位置，在角速度为零的时刻采集星图，避免了动态成像拖尾这一相机测量工程领域多年来的瓶颈性制约因素；单目小视场相机随伺服机械平台做锥扫运动，采集多帧异步星图的全天时观星及姿态测量方法，巧妙地规避了三目及多目天文导航组合设备具有的体积重量大、系统复杂度高的弊端。

(四)附图说明

图1为一种小视场相机天文找北装置的示意图。

图中序号说明如下：

序号1是角运动伺服机械平台。

序号2是角速度为零的平台角位置。

序号3是小视场相机。

序号4是机械平台主轴。

序号5是小视场相机光轴。