[其他]光学章动检测方法与装置

说明书

本发明涉及检测飞行器运动的系统。确切地说，它涉及检测卫星章动的系统及技术。

卷管在这里我们参照一个有着特定应用的实施方案对本发明进行描述，但须知本发明并不仅限于此。掌握本项工艺的普通技能的人会确认本发明范围内的其它实施方案及应用。

自旋稳定化对卫星飞行姿态控制的优点已得到很多证明。但是，自旋稳定的卫星因其固有属性对章动很敏感。换言之，在无外力矩情况下，自旋稳定卫星的角动量矢量在惯性空间中是固定不变的。章动-位于飞行器体内的自旋轴绕角动量矢量的圆锥运动或进动，是由一横向角动量带来的自旋轴不同轴性产生的。横向角动量可能是由以下因素引起的：在飞行姿态和轨道校正动作过程中，控制推进器的点火;有关节的有效载荷组件的运动;可弯曲组件的影响;或飞行器中液体的晃动。

下管是什么原因，自旋稳定卫星飞行姿态的精确控制必须抑制章动。为此目的在航天器上配合使用若干章动探测器和机械组件。机械组件能消耗（或提供）所要求的能量，以消除横向角动量，从而减少摆动。

章动检测器一般为装在航天器边缘的线性加速计。加速度计通常为一绞接的摆块，其轴向安装得与自旋轴平行，以检测章动引起的上下运动。

现有的章动检测器的低频响应有限，所以难以检测象自转速率低的大型结构所可能经历的非常低的章动频率。在这样的应用中，很需要提供精确的低速章动检测器。

现有章动检测器的第二个缺点是容易误把推进器点火引起的加速当作章动。所以在推进器点火期间，如果不经校正，检测器的输出便是无效的。当推进器点火期间章动的信息要被用于在点火过程中的较大调整和提高效率时，出现这种情况是不利的，点火期间的较大调整和提高效率反过来又能降低燃料消耗以及减少这一特定动作的执行时间。所以普遍需要在推进器点火期间仍能保持精确的章动检测器。

许多现有章动检测器的第三个缺点在于对低自旋速率的大航天器，加速度计检测器必须放在远离自旋轴的位置以得到足够强的输出信号。NASA（美国国家航空和航天管理局）目前还研制的空间站就是这种航天器一个例子。

然而，随着与自旋轴间的距离的增加，弯曲效应对检测器输出具有越来越明显的影响。所以在某些情况下，航天器的弯曲有可能被误认为章动。所以普遍需要其输出不受航天器弯曲状态影响的章动检测系统。

本发明的光学章动检测方法及装置解决了有关工艺中出现的缺点。这些装置在低自旋速率时和推进器点火期间能正常工作，而且对航天器弯曲不太敏感。本发明的便利的操作是这样做到的，将两束相干光能束沿相反方向射入一光导纤维线圈或其它适合于限制光路的装置中。光导纤维线圈所在平面垂直于卫星横向角速度。两束光在线圈输出端以这样的方式相汇合，使其产生一个在卫星章动时会发生变化的干涉图样。干涉图样的变化被光检测器电路测得，从而产生一个代表章动的输出信号。

图1是本发明在其预想工作环境中的局部图。

图2是本发明的一个最佳实施方案的透视图。

图3是说明实现本发明的一个框图。

图4是本发明中所用的光导纤维的端面图，显示出相交光束的干涉图样。

图5是本发明的光检测器在图4所示光导纤维端面观察到的干涉图样。

图6是本发明的光检测器对图5所示干涉图样作扫描后得到的模拟输出的典型图样。

图7是本发明的单环实施方案的比较器的典型输出。

图8是本发明的光检测器扫描伴随正交环最佳实施方案的干涉图样所得的典型模拟输出。

图9显示本发明的最佳实施方案的正交环的比较器的输出。

如下面参照图1～6作的更全面的讨论所指示的，本发明提供的章动检测装置与方法能在推进器点火期间在低章动速率（或低自旋速率）情况下有效地检测章动，并且对航天器的弯曲不敏感。本发明包括一个双环光导纤维线圈，两束相干光沿相反方向射入其中。线圈的每个环（各环都可以是多匝的）所在平面垂直于横向角速度矢量。光束在线圈输出端相交产生随卫星章动而变的干涉图样。

图1显示一个自旋稳定卫星10，它包括一反自旋区12和一自旋区14。卫星配备有本发明的光学章动检测器20。图1所示为一外部安置方案，其中有两个相互正交环24和26的光导纤维线圈22，装在分束器/检测器30的外面的卫星10自旋区14的园周上或其附近。线圈22可用其它任何适合于限制光路的装置代替。正如本行业中即使只有一般技能人所熟知的那样，也可以有一些不同的安置方案。如线圈22可以和分束器/检测器30封装在一起。