[发明专利]小视场相机快速恒星瞄准跟踪装置、方法及探测装置

权利要求书

1.一种小视场相机快速恒星瞄准跟踪装置，其特征在于：包括安装底板(1)、二维转台(2)、恒星敏感器(3)及电控盒(4)；

二维转台(2)和恒星敏感器(3)均固定安装在安装底板(1)上；

电控盒(4)与二维转台(2)及恒星敏感器(3)电连接；

二维转台(2)由竖直的方位轴系、水平的俯仰轴系和俯仰载物台(21)组成；俯仰载物台(21)用于固定安装小视场相机(5)，小视场相机(5)基于二维转台(2)可实现俯仰方位调整；

二维转台(2)、恒星敏感器(3)及小视场相机(5)满足如下安装关系：

二维转台(2)坐标系XzYzZz：Xz轴指向转台方位角度和俯仰角度均为0°时的相机视轴方向；Zz轴定义为安装底板(1)安装面法线方向，Yz轴与Xz轴、Zz轴满足右手关系；定义绕Zz轴旋转的角度为方位角，绕Yz轴旋转的角度为俯仰角；

恒星敏感器(3)测量坐标系XsYsZs：定义Zs轴为恒星敏感器(3)视轴指向，Xs轴和Ys轴与Zs轴垂直，Xs轴和Ys轴指向与恒星敏感器(3)光电探测器的行和列方向平行；

电控盒(4)包括存储器及处理器，存储器中存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现以下过程：

步骤1、计算地表试验现场指向待观测恒星的指向矢量；

根据J2000.0惯性坐标系下待观测恒星的赤经α、赤纬δ计算出待观测恒星相对于地球地心的观测矢量r；将待观测恒星相对于地球地心的观测矢量r等效为地表试验现场指向待观测恒星的指向矢量；

步骤2、采集恒星敏感器(3)根据其视场内的恒星星图匹配，输出的其测量坐标系相对于J2000.0惯性坐标系下的姿态变化，以姿态矩阵A表征；

步骤3、基于姿态矩阵A获得对应恒星敏感器(3)测量坐标系下的观测矢量；

步骤4、通过恒星敏感器(3)坐标系与二维转台(2)坐标系的安装矩阵M将恒星敏感器(3)测量坐标系的观测矢量转换为二维转台(2)坐标系下的观测矢量；

步骤5、计算被测小视场相机(5)指向待观测恒星的方位俯仰角；

根据二维转台(2)方位俯仰角度及其正负号的定义，计算二维转台(2)坐标系下的观测矢量对应的方位角Az_t和俯仰角El_t，驱动二维转台(2)轴系转动，使小视场相机(5)视轴指向预定空域的待观测恒星。

2.根据权利要求1所述的小视场相机快速恒星瞄准跟踪装置，其特征在于：步骤1中待观测恒星相对于地球地心的观测矢量r_J2000.0通过下式表示：

3.根据权利要求2所述的小视场相机快速恒星瞄准跟踪装置，其特征在于：步骤2中的姿态矩阵A通过下式表示：

其中，q₀、q₁、q₂、q₃为姿态四元数。

4.根据权利要求3所述的小视场相机快速恒星瞄准跟踪装置，其特征在于：步骤3中基于姿态矩阵A获得对应恒星敏感器(3)测量坐标系下的观测矢量r_s(t) 如下：

其中，t为时间，x_s为恒星敏感器(3)测量坐标系下观测矢量的X分量，y_s为恒星敏感器(3)测量坐标系下观测矢量的Y分量，z_s为恒星敏感器(3)测量坐标系下观测矢量的Z分量。

5.根据权利要求4所述的小视场相机快速恒星瞄准跟踪装置，其特征在于：步骤4中，二维转台(2)坐标系下的观测矢量r_cl(t)如下式：

x_cl为二维转台(2)坐标系下观测矢量的X分量，y_cl为二维转台(2)坐标系下观测矢量的Y分量,z_cl为二维转台(2)坐标系下观测矢量的Z分量。