[发明专利]一种空间指向测量敏感器动态精度提升方法

说明书

本发明涉及一种空间指向测量敏感器动态精度提升方法，属于空间飞行器用指向测量敏感器领域。采用压电微位移台支撑敏感器光电探测器，构成稳像系统；当敏感器转动时，在图像曝光时微动台驱动探测器进行补偿运动，减小星点成像拖尾；图像曝光完成后，结合微动台精密位移反馈，给出星点准确坐标，基于星点准确坐标进行测量结果解算并输出。本发明通过稳像提高动态下指向测量敏感器星点定位精度，从而提升敏感器动态精度。

技术领域

本发明属于空间飞行器用指向测量敏感器领域，涉及一种空间指向测量敏感器动态精度提升方法。

背景技术

空间指向测量敏感器基于对空间点光源成像探测，测量目标指向测量信息和自身三轴姿态信息，由于其具有高精度、高可靠性等特点，被广泛用于卫星、飞船等各类航天器中。空间指向测量敏感器通过对所拍图像的像斑点进行提取和匹配，进而对指向和姿态信息解算。像斑点提取所得的坐标信息是进行指向和姿态信息解算的基础，在实际使用过程中，受航天器角速度的影响，点光源在敏感器像面的成像位置、在光电探测器积分时间内发生变化，像斑点产生拖尾，降低了成像探测的信噪比，直接影响指向和姿态测量的动态精度。

现有的空间指向测量敏感器，通过降低积分时间、增大光学系统口径、提高探测器性能、复杂图像处理等方法实现敏感器动态精度指标，效果欠佳。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于像面稳像的空间指向测量敏感器实现方法，减少星像点拖尾，提高点光源动态成像探测的信噪比，从而提升空间指向测量敏感器动态精度。

本发明的技术方案是：

一种空间指向测量敏感器动态精度提升方法，步骤如下：

S1、构建稳像系统：采用压电微位移台支撑敏感器的光电探测器，将压电微位移台的支撑结构固定安装在空间指向测量敏感器底座上，再将光电探测器固定安装在压电微位移台的位移面上，光学镜头通过云台固定安装在空间指向测量敏感器底座上，保证光学镜头焦面与光电探测器感光面重合，构成稳像系统；

S2、速度跟踪动态补偿：当敏感器转动时，在图像曝光生成恒星图像的时间内微位移台承载探测器沿探测器像元行列方向进行补偿运动，补偿位移为s，则当s＝f×tan(w×t)时，减小星点成像拖尾为0；其中，f为敏感器焦距，t为曝光时间，w为敏感器转动角速度；

S3、速度跟踪动态补偿控制：在S2的动态补偿中，以陀螺给出的敏感器转动角速度反馈为速度参考输入wr；对压电陶瓷给出的位移反馈d进行旋转变换，得到微位移台速度实时反馈wf，wf＝Δd/Δt/f，Δ代表微分量；基于wr和wf得出微动补偿量，压电陶瓷控制模块根据微动补偿量确定相应的驱动电信号，驱动压电陶瓷承载光电探测器完成速度跟踪动态补偿控制；

S4、质心计算：S3中速度跟踪动态补偿，与图像曝光均同步触发开始，图像曝光完成时动态补偿同时停止；图像曝光完成后，根据光电探测器生成的恒星图像进行图像处理，完成星点成像初始质心提取，得到初始质心提取结果cp；速度跟踪动态补偿完成后，获取压电陶瓷输出的位移反馈，完成像面位置测量，得到像面位置测量结果dp；结合初始质心提取结果cp和像面位置测量结果dp，给出星点成像质心位置准确坐标fp，fp＝cp+dp，完成质心计算；

S5、在动态情况下，基于星点成像质心位置准确坐标进行空间指向解算并输出，实现空间指向测量敏感器动态测量精度提升。

进一步的，空间指向测量敏感器包括光学镜头、云台、底座、光电探测器、处理单元、压电微位移台、MEMS陀螺和压电陶瓷控制模块，

压电微位移台包括位移面、支撑结构和压电陶瓷，位移面放置在支撑结构内，位移面与支撑结构之间通过压电陶瓷连接，通过压电陶瓷控制模块向压电陶瓷施加驱动电信号，驱动压电陶瓷承载着位移面相对于支撑结构产生微位移，同时压电陶瓷输出位移测量值。