專利名稱：低軌道航天器的可見光成像式自主導航敏感器系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于航天器自主導航姿態(tài)和軌道測量系統(tǒng)的技術，具體 地說是涉及一種低軌道航天器的可見光成像式自主導航敏感器系統(tǒng)。
背景技術：
在航天器自主導航領域，存在多種自主導航姿態(tài)和位置信息測量系統(tǒng)和方法，如美國Honeywell Inc公司于1993年9月20日申請的歐洲專利公開號EP 0589 387 Al 乂〉開了名稱、為"Method and System for Determining 3 Axis Spacecraft Attitude",即"三軸航天器姿態(tài)確定方法與系統(tǒng)"。采用 280nm 300nm譜段的紫外光探測地球邊緣紫外輻射輪廓，確定地心的俯仰和 滾動姿態(tài)信息，利用同一個探測器探測垂直于光軸方向的恒星矢量方向來確定 偏航姿態(tài)信息。系統(tǒng)采用折轉(zhuǎn)反射鏡壓縮視場，采用雙半球加光纖轉(zhuǎn)像器對大 視場曲面像面進行成像。采用數(shù)據(jù)處理器對采集到的地球和恒星圖像信息進行 處理，獲取3軸姿態(tài)信息。該方案雖然解決了三軸姿態(tài)和軌道高度的測量問題。 但是存在的不足是，采用紫外謙段的光學系統(tǒng)材料較少，采用半球結(jié)構透鏡和 光纖傳像過于復雜，成本高；光纖傳像和像增強器結(jié)合會帶來附加噪聲，降低 精度。美國NASA在其新盛世計劃中公布了一項研究計劃，稱之為"慣性星陀螺" (Inertial Stellar Compass )，采用星敏感器和MEMS陀螺組合設計，利用星 敏感器的高精度姿態(tài)信息近實時校正陀螺的飄移。該方案的不足是，星敏感器 是單個的，在光軸方向上能夠提供較高的精度，但是在垂直于光軸的方向上精 度下降近1個量級，因此對于該方向的MEMS陀螺飄移校正精度就受到影響。"系統(tǒng)仿真學報，，2005年3月Vol.l7，No3， P529發(fā)表的文章"組合大視場星敏感器星光折射衛(wèi)星自主導航方法及其仿真"所述敏感器采用3個普通星敏 感器空間相交120。角構成組合式系統(tǒng)，同時觀測地球邊緣的3顆恒星，根據(jù)大 氣折射模型推出精確的地心矢量。該方案的不足之處在于采用了 3個星敏感器， 成本較高，使得3個星敏感器的光軸相交調(diào)整高精度實現(xiàn)困難。美國Microcosm 7>司研制了 一種自主導航系統(tǒng)MANS (Microcosm Autonomous Navigation System ),其中包括地球敏感器、太陽和月亮敏感器、 星敏感器、陀螺和加速度計，由于是多敏感器聯(lián)合確定三軸姿態(tài)和位置，所以 精度很高。但是系統(tǒng)過于復雜，而且采用了帶有活動部件的雙圓錐地球敏感器， 成本高。本發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供一種低軌道航天器的可見 光成像式自主導航敏感器系統(tǒng)，其主要解決低軌道航天器不依賴于衛(wèi)星導航系 統(tǒng)的三軸姿態(tài)和軌道高度一體化高精度實時測量問題。該敏感器采用可見光探 測譜段克服了美國紫外敏感器存在的紫外光學系統(tǒng)復雜和成本高的缺點，消除 了以往自主導航敏感器各自方案的不足，諸如由分散式多敏感器和復雜光學系 統(tǒng)帶來的成本高、由單一光學敏感器與三軸MEMS陀螺結(jié)合設計帶來的三軸 精度不一致、由像轉(zhuǎn)換器帶來的精度退化、由多敏感器分布安裝帶來的重量體 積大等缺陷。本發(fā)明的目的是通過下述技術方案來實現(xiàn)的，本發(fā)明所提供的低軌道航天 器的可見光成像式自主導航敏感器系統(tǒng)包括光學測量成像組件、探測器焦平面 組件、慣性測量組件、信息處理與誤差校正處理單元組件；其中所述的光學測 量成像組件包括成像鏡頭，恒星成像的折轉(zhuǎn)反射鏡和地球成像折轉(zhuǎn)反射鏡1。 所述的探測器焦平面組件的探測器的光敏面安裝在光學測量成像組件的成像 面上，探測器焦平面組件將固定在敏感器系統(tǒng)的支撐結(jié)構上。所述的MEMS 慣性測量組件3則包括3個正交安裝的MEMS陀螺和3個正交安裝的加速度 計，光學測量坐標系的每個軸方向分別平行于3個正交安裝的MEMS陀螺和3 個正交安裝的加速度計(具體安裝方式參見下面結(jié)合圖3所描述的內(nèi)容)。所 述的信息處理與誤差校正處理單元組件4是采用信息處理器對各個敏感器信息進行處理，然后將星敏感器測量信息用于MEMS陀螺的零漂移校正。最后由 標準數(shù)據(jù)通訊接口輸出近實時高精度三軸姿態(tài)信息和軌道高度信息。一體化設計的低軌道航天器的可見光成像式自主導航敏感器系統(tǒng)中的星 敏感器和可見光靜態(tài)成像式地球敏感器通過采用透過率區(qū)域變化濾光片共用 所述的光學成像組件和探測器焦平面組件，所述的透過率區(qū)域變化濾光片緊靠 探測器窗口安裝，探測器視場分割使用，邊緣區(qū)域為可見光靜態(tài)成像式地球敏 感器使用，用來對地球成像，中心區(qū)域為星敏感器使用，用來對恒星成像。所 述的星敏感器是一種通過對恒星成像提取與標準星圖庫匹配得到其光軸相對 于慣性空間的指向矢量的；所述的可見光靜態(tài)成像式地球敏感器是一種通過對 地球成像提取地球中心矢量的。上述星敏感器和可見光靜態(tài)成像式地球敏感器 都擁有共同的像面坐標系，其Z軸沿光軸指向地球方向，其X軸和Y軸分別 與探測器陣列的行和列方向一致。3個MEMS陀螺都是采用MEMS技術制造 的微型機電陀螺，它們分別安裝在與像面坐標系三個軸平行的三個正交軸方向 上。3個MEMS加速度計都采用MEMS 4支術制造的測量運動加速度的孩i型積i 電器件，重量非常輕，三個安裝軸與星敏感器像面坐標系三個軸方向一致。以 上MEMS陀螺和MEMS加速度計均屬于MEMS慣性測量組件，它們的安裝 軸與星敏感器和可見光靜態(tài)成像式地球敏感器像面坐標系三個坐標軸方向一 致，以利于同基準測量。一體化設計后的系統(tǒng)具有重量輕、體積小、功耗低、精度高、數(shù)據(jù)更新率 高、成本低等特點。下面就有關本發(fā)明的技術內(nèi)容及詳細說明，現(xiàn)配合附圖和所給出的實 施例進4亍說明如下。


圖l低軌道航天器的光電成像式自主導航敏感器結(jié)構示意圖；圖2為低軌道航天器的光電成像式自主導航敏感器光學測量部分方案原理圖；圖3為光學測量部分像面坐標系與MEMS陀螺和MEMS加速度計測量軸的關系示意圖。
具體實施方式
參看圖1-圖3，其圖1所示為低軌道航天器的可見光成像式自主導航敏 感器系統(tǒng)結(jié)構示意圖，所述的低軌道航天器的可見光成像式自主導航敏感器系 統(tǒng)包括光學測量成像組件1、探測器焦平面組件2、慣性測量組件3、信息處理 與誤差校正處理單元組件4。圖1中5是地球視見平面，6為恒星，7地球邊緣 成像子系統(tǒng)。所述的光學測量成像組件l，其包括成像鏡頭，恒星成像的折轉(zhuǎn)反射鏡13 和地球成像折轉(zhuǎn)反射鏡14、 15。所述的探測器焦平面組件2的探測器的光敏面 安裝在光學測量成像組件1的成像面上，探測器焦平面組件2將固定在敏感器 系統(tǒng)的支撐結(jié)構上。所述的MEMS慣性測量組件3則包括3個正交安裝的 MEMS陀螺和3個正交安裝的加速度計，光學測量坐標系的每個軸方向分別平 行于3個正交安裝的MEMS陀螺和3個正交安裝的加速度計(具體安裝方式 參見下面結(jié)合圖3所描述的內(nèi)容)。所述的信息處理與誤差校正處理單元組件 4是采用信息處理器對各個敏感器信息進行處理，然后將星敏感器測量信息用 于MEMS陀螺的零漂移校正。最后由標準數(shù)據(jù)通訊接口輸出近實時高精度三 軸姿態(tài)信息和軌道高度信息。其中所述的恒星成像的折轉(zhuǎn)反射鏡13和地球成像折轉(zhuǎn)反射鏡14、 15,其 主要作用是通過折轉(zhuǎn)反射鏡將測量系統(tǒng)分為兩個通道，這兩個通道可以正交， 也可以不正交，根據(jù)使用需求而定。按照下述的發(fā)明公式(3)和發(fā)明公式(4) 確定兩個通道的透射特性，使得地球和恒星能夠同時成像在同 一個探測器上， 而且具有較大的動態(tài)范圍。探測器選擇響應可見光譜段的光電探測器件，如可 以采用CCD(Charge Coupled Devices,電荷耦合器件)，也可以釆用APS( Active Pixel Sensor,有源〗象素傳感器)。參看圖l所示，所述的低軌道航天器的光電成像式自主導航敏感器方案包 括光學測量部分、慣性測量部分、信息處理與校正三個功能模塊。對于光學測量模塊，由于地球張角較大， 一般大于120。，所以采用單一鏡頭成像將造成分辨率降低，精度下降，而且過大的視場角會使邊緣視場像面照 度下降幅度過大，造成不匹配。因此對于低軌道衛(wèi)星的自主導航敏感器測量光學系統(tǒng)要設計成復合視場，即在視場圓周方向上通過折轉(zhuǎn)反射鏡構建6個到8 個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)分別對地球的一部分邊緣成像，地球整個邊緣提取要通 過多個子系統(tǒng)成像提取再變換合成得到。中心視場區(qū)域為恒星成像區(qū)域，邊緣 視場區(qū)域為地球成像區(qū)域。低軌道敏感器單個地球邊緣成像子系統(tǒng)和恒星成像通道復合的原理圖參 見附圖2。 17為單個子成像系統(tǒng)視場范圍，可見在地i^f見見平面徑向方向上覆 蓋了地球邊緣及其周圍地域，在繞光軸360°范圍內(nèi)均勻分布6到8個同樣的子 成像系統(tǒng)。這樣通過地球成像折轉(zhuǎn)反射鏡14和15折轉(zhuǎn)在探測器像面可以得到 相應數(shù)量的地球邊緣局部圖像，如圖2中19所示。光學成像系統(tǒng)是同一個， 兩個通道靠著轉(zhuǎn)反射鏡通過視場分割來實現(xiàn)，兩個通道的交角可以隨時用要求 確定。成像鏡頭的透過是對于可見光光錯的。兩個通道的光亮度平衡通過兩種 方式實現(xiàn) 一是調(diào)整兩個通道的入口和折轉(zhuǎn)反射鏡之間的光學透過率來實現(xiàn)； 二是通過在探測器像平面附近加透過率區(qū)域變化濾光片實現(xiàn)，這種濾光片對于 同樣的可見光語段在中心區(qū)域和邊緣區(qū)域具有不同的透過率，在中心恒星成像 圓形區(qū)域的透過率盡可能大，在地球成像邊緣環(huán)形視場內(nèi)的透過率要減小到適 當?shù)姆秶?。設探測器釆用的相應鐠段為從h到；u設光學成像鏡頭部分的光鐠透過 率為/Y^U，探測器光譜響應率為^T乂,地球成像子系統(tǒng)除了鏡頭以外部分透過率為re(;i人恒星成像通道除了鏡頭外的部分透過率為r";u,在入射敏感 器前地球的亮度范圍從弱到強為丄" 丄"，探測的最弱恒星在入射敏感器前的亮度范圍從弱到強為1w 丄w，探測器的動態(tài)范圍為D，地球通道的綜合能量 轉(zhuǎn)換系數(shù)為0;,恒星通道的綜合能量轉(zhuǎn)換系數(shù)為^，則有<formula>formula see original document page 8</formula>......................................................(1)<formula>formula see original document page 8</formula>......................................................(2)<formula>formula see original document page 8</formula> .....................................................(3)<formula>formula see original document page 8</formula> .....................................................(4)選擇確定:re和rs,使得上面不等式(3)和近似式(4)成立。3個互為正交的MEMS陀螺各自的測量軸安裝要求分別與探測器成像坐 標系三個軸x、 y、 z平行，它們各自產(chǎn)生的零漂移誤差分別由星敏感器測量信 息校正，校正方法采用濾波方法，如擴展的卡爾曼濾波方法。敏感器將輸出3 個MEMS陀螺的近實時角速率和姿態(tài)角信息，誤差校正和信息處理將在信息 處理與誤差校正處理單元中完成。3個互為正交的MEMS加速度計的安裝方式與3個MEMS陀螺相同，也 是將3個測量軸分別平行于成像坐標系三個軸x、 y、 z。 3個加速度計分別測 量x、 y、 z三個軸的瞬時加速度，由此兩次積分得到衛(wèi)星相對初始位置的位移 參量。以上計算在信息處理與誤差校正處理單元中完成。信息處理與誤差校正處理單元組件是敏感器的信息處理器，負責恒星通道 的星圖匹配和地球通道的地心矢量和地球視角半徑提取，還負責恒星敏感器測 量的恒星矢量對MEMS陀螺的零漂移校正和加速度計的積分運算。該方案將光學姿態(tài)和地球視角半徑測量與慣性姿態(tài)和加速度測量結(jié)合在 一起，統(tǒng)一了測量基準，減小了測量系統(tǒng)地系統(tǒng)誤差；同時對MEMS陀螺的 零漂移近實時校正提高了測量精度。由星敏感器和地球敏感器可以得到高精度 的恒星矢量和地心矢量，因此可以得到高精度的三軸姿態(tài)測量結(jié)果，同時利用 地球敏感器通道可以測量出地球的視角半徑，再通過地球圖像提取和光學性能 參數(shù)測試結(jié)果可以推算出來飛行軌道高度，但是它們是離散值。采用三軸 MEMS陀螺可以得到非常高的姿態(tài)變化分辨率，但是它存在較大的零值漂移， 因此只要校正了零漂移就可以得到高精度的MEMS陀螺姿態(tài)測量結(jié)果。由于 MEMS陀螺與星敏感器和地球敏感器測量像面坐標軸平行安裝，因此具有與星 敏感器同測量基準，由星敏感器測量的高精度慣性空間姿態(tài)可以很好地校正 MEMS陀螺的漂移，這是本方案的一個特點?？紤]全陰影區(qū)的導航測量受到可見光譜段的限制，地球敏感器不能工作， 這段較小的時間間隔可以釆用軌道外推算法和加速度計測量衛(wèi)星相對位移變 化，進行基于星敏感器、MEMS陀螺、MEMS加速度計的自主導航。所涉及的發(fā)明方案解決了靜態(tài)自主導航測量的高精度、近實時、低成本、全自主、全天時等問題，具有以下優(yōu)點(1)恒星敏感器和地球敏感器采用可見光譜段降低了實現(xiàn)難度，增強了顧不同亮度的測量目標采用同 一個光學系統(tǒng)和同 一個探測器成像。(3) 采用星敏感器、地球敏感器、MEMS陀螺、MEMS加速度計同基準 安裝可以減小測量的系統(tǒng)誤差，提高測量精度。(4) 采用星敏感器高精度測量信息隨時校正陀螺的零漂移，可以得到近 實時的高精度三軸姿態(tài)信息。(5) 采用光學和慣性測量組合一體化設計可以減小尺寸重量和功耗，多 敏感器信息處理與誤差校正處理可以節(jié)約資源，發(fā)揮信息融合的優(yōu)可以全天時完成全自主導航測量，在陽照區(qū)采用星敏感器、地球敏感器、 MEMS陀螺和加速度計即可實現(xiàn)全自主測量，在陰影區(qū)采用星敏感器、MEMS 陀螺和加速度計即可實現(xiàn)全自主測量。光學測量成像組件l主要是對于地球和恒星成像的，由于低軌道應用，要 求對地球成像具有足夠大的視場角，釆用折轉(zhuǎn)反射鏡壓縮成像視場，例如可以 使超過110°-150°的環(huán)形視場壓縮在30°到70°范圍內(nèi)。如圖2所示，恒星敏感 通道通過恒星成像的折轉(zhuǎn)反射鏡13轉(zhuǎn)折到成像鏡頭的中心成像區(qū)域，地球邊 緣視場范圍17通過地球成像折轉(zhuǎn)反射鏡14、 15壓縮到成像鏡頭視場以內(nèi)，并 成像到探測器像面21的外部邊緣環(huán)形視場內(nèi)。能夠在地球成像視場以外再擴 展一個環(huán)形視場，使得恒星在環(huán)形視場內(nèi)成像，地球通道視場和恒星通道視場 的大小確定主要以全天球任何一次捕獲恒星在探測器上成像數(shù)量不少于3顆的 概率大于99%為標準，同時要求地球邊緣像外留有不小于5。的余地。對于地 球圖像主要提取邊緣信息并擬合出來地心矢量和計算地球視角半徑。對于恒星 圖像主要提取星點能量中心坐標進行星圖匹配提取恒星矢量。由于地球張角較大，隨著軌道高度而不同，如一般大于120。，所以采用單 一鏡頭成像將造成分辨率降低，精度下降，而且過大的視場角會使邊緣視場像 面照度下降幅度過大，造成不匹配。因此對于低軌道衛(wèi)星的自主導航敏感器測 量光學系統(tǒng)要設計成復合視場，即在視場圓周方向上通過折轉(zhuǎn)反射鏡構建6個 到8個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)分別對地球的一部分邊緣成像，地球整個邊緣提取 要通過多個子系統(tǒng)成像提取再變換合成得到。中心視場區(qū)域為恒星成像區(qū)域， 邊緣視場區(qū)域為地球成像區(qū)域。低軌道敏感器單個地球邊緣成像子系統(tǒng)和恒星成像通道復合的原理圖參 見圖2。圖中21為成像光學系統(tǒng)；22為探測器成像面；13為恒星成4象通道折轉(zhuǎn) 反射鏡；14為地球成像通道子成像系統(tǒng)折轉(zhuǎn)反射鏡之一；15為地球成像通道 子成像系統(tǒng)折轉(zhuǎn)反射鏡之二； 6為被成像恒星；17為地球成像通道子成像系統(tǒng) 視場范圍；8為地球S見平面(在軌道上觀測點所視見的地球平面)；9為成像 面內(nèi)地球圖像；IO為成像面內(nèi)恒星圖像；11為各個子成像系統(tǒng)的分界結(jié)構在 成像面上的投影。圖3表示了光學測量部分像面坐標系與MEMS陀螺和MEMS加速度計測 量軸的關系。31為探測器成像面，其坐標系xyz作為測量基準，探測器的光敏面安裝在光學系統(tǒng)的成像面上，并固定在敏感器的支撐結(jié)構上。32為恒星敏感器和地球敏感器共用光學系統(tǒng)(即鏡頭)；3為MEMS慣性測量組件，包括3個正交安裝的MEMS陀螺和3個正交 安裝的加速度計，光學測量坐標系的每個軸方向分別平行于3個正交安裝的 MEMS陀螺和3個正交安裝的加速度計，如圖3所示，圖中31為探測器成像 面，x、 y、 z分別為探測器像面坐標軸；32為恒星敏感器和地球敏感器共用光 學系統(tǒng)；33為3個互為正交的MEMS陀螺；34為3個互為正交的MEMS加 速度計。3個MEMS陀螺分別安裝在與 xy、 xz、 yz平行的平面內(nèi)，各自的測 量軸xi、 yi、 zi分別與相應的x、 y、 z軸平行；？個MEMS加速度計分別安裝在與xy、 xz、 yz平行的平面內(nèi)，各自的測量軸X2、 y2、 Z2分別與相應的x、 y、 z軸平行。在這個條件下各個慣性測量敏感器的安裝位置可以進行調(diào)整。圖1中，4為信息處理與誤差校正處理單元，這里采用信息處理器對各個敏感器信息進行處理，然后將星敏感器測量信息用于MEMS陀螺的零漂移校正。最后由標準數(shù)據(jù)通訊接口輸出近實時高精度三軸姿態(tài)信息和軌道高度信 自在圖1和圖2中5為地球敏感器的捕獲對象一地球的視見平面。6為恒 星敏感器的捕獲對象一恒星。7為地球邊緣成像子系統(tǒng)的視場范圍。8為地球 i見見平面。再參看圖2為低軌道航天器的光電成像式自主導航敏感器方案原理圖。圖 中21為成像探測器成像面，為數(shù)字光電成像器件，如CCD ( Charge Coupled Devices,電荷耦合器件)和APS ( Active Pixel Sensor,有源像素傳感器)等。 22為恒星敏感器和地球敏感器共用的光學系統(tǒng)，釆用可見光設計譜段。構成上述發(fā)明的各個功能組件，如靜態(tài)成像地球敏感器、星敏感器、MEMS 陀螺、MEMS加速度計可以基于信息處理單元單獨地或者任意組合應用，以滿足 不同的使用目的。如星敏感器組件可以單獨使用，也可以與靜態(tài)成像式地球敏 感器聯(lián)合使用，還可以和靜態(tài)成像式地球敏感器、MEMS陀螺、MEMS加速 度計三者之一或之二組和使用，輸出相應信息。當上述發(fā)明減少組件種類的情 況下，相應種類組件非共用部分可以取掉。如若僅需要地心矢量測量時，透過 率區(qū)域變化濾光片及其相關結(jié)構可以去掉，圖像處理軟件中的星敏感器相關部 分可以去掉，MEMS組件均可以去掉。上述發(fā)明所述的系統(tǒng)除了在繞地球和月球飛行姿態(tài)確定和位置確定外，還 可以應用于其它天體低軌道的繞飛的姿態(tài)和自主導航測量。然而，上述的說明，僅為本發(fā)明的實施例而已，非為限定本發(fā)明的實施例； 凡熟悉該項技藝的人士，其所依本發(fā)明的特征范疇，所作出的其它等效變化或 修飾，如尺寸大小、材料選擇、或形狀變化、功能組件的類型和數(shù)量的增減等， 皆應涵蓋在以下本實發(fā)明所申請專利范圍內(nèi)。
權利要求
1. 一種低軌道航天器的可見光成像式自主導航敏感器系統(tǒng)，其特征在于其包括包括光學測量成像組件、探測器焦平面組件、慣性測量組件、信息處理與誤差校正處理單元組件；其中所述的光學測量成像組件包括成像鏡頭，恒星成像的折轉(zhuǎn)反射鏡和地球成像折轉(zhuǎn)反射鏡；所述的探測器焦平面組件的探測器的光敏面安裝在光學測量成像組件的成像面上，探測器焦平面組件將固定在敏感器系統(tǒng)的支撐結(jié)構上；所述的MEMS慣性測量組件則包括3個正交安裝的MEMS陀螺和3個正交安裝的加速度計，光學測量坐標系的每個軸方向分別平行于3個正交安裝的MEMS陀螺和3個正交安裝的加速度計；所述的信息處理與誤差校正處理單元組件是采用信息處理器對各個敏感器信息進行處理，其將星敏感器測量信息用于MEMS陀螺的零漂移校正；最后由標準數(shù)據(jù)通訊接口輸出近實時高精度三軸姿態(tài)信息和軌道高度信息。
2. 根據(jù)權利要求1所述的低軌道航天器的可見光成像式自主導航敏感器 系統(tǒng)，其特征在于低軌道航天器的可見光成像式自主導航敏感器系統(tǒng)中的星敏 感器和可見光靜態(tài)成像式地球敏感器通過采用透過率區(qū)域變化濾光片共用所 述的光學成像組件和探測器焦平面組件，所述的透過率區(qū)域變化濾光片緊靠探 測器窗口安裝，探測器視場分割使用，邊緣區(qū)域為可見光靜態(tài)成像式地球敏感 器使用，用來對地球成像，中心區(qū)域為星敏感器使用，用來對恒星成像；所述 的星敏感器是一種通過對恒星成像提取與標準星圖庫匹配得到其光軸相對于 慣性空間的指向矢量的；所述的可見光靜態(tài)成像式地球敏感器是一種通過對地 球成像提取地球中心矢量的；上述星敏感器和可見光靜態(tài)成像式地球敏感器都 擁有共同的像面坐標系，其Z軸沿光軸指向地球方向，其X軸和Y軸分別與 探測器陣列的行和列方向 一致。
3. 根據(jù)權利要求1所述的低軌道航天器的可見光成像式自主導航敏感器 系統(tǒng)，其特征在于低軌道航天器的可見光成像式自主導航敏感器系統(tǒng)中所述的 3個MEMS陀螺分別安裝在與像面坐標系三個軸平行的三個正交軸方向上；3 個MEMS加速度計的三個安裝軸與星敏感器像面坐標系三個軸方向一致；所述的MEMS陀螺和MEMS加速度計它們的安裝軸與星敏感器和可見光靜態(tài)成 像式地球敏感器像面坐標系三個坐標軸方向一致。
4.根據(jù)權利要求1所述的中高軌道航天器的可見光成像式自主導航敏感 器系統(tǒng)，其特征在于組成系統(tǒng)的各個功能組件分別是星敏感器、可見光靜態(tài)成 像式敏感器、MEMS陀螺、MEMS加速度計，它們都能基于信息處理單元單 獨或者任意組合搭配應用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低軌道航天器的可見光成像式自主導航敏感器系統(tǒng)，其包括光學測量成像組件、探測器焦平面組件、慣性測量組件、信息處理與誤差校正處理單元組件；其中所述的光學測量成像組件包括成像鏡頭，恒星成像的折轉(zhuǎn)反射鏡和地球成像折轉(zhuǎn)反射鏡。其主要解決低軌道航天器不依賴于衛(wèi)星導航系統(tǒng)的三軸姿態(tài)和軌道高度一體化高精度實時測量問題。其采用可見光探測譜段克服了現(xiàn)有技術紫外敏感器存在的紫外光學系統(tǒng)復雜和成本高的缺點，通過采用透過率區(qū)域變化濾光片解決了恒星和地球亮度巨大差異帶來的大動態(tài)范圍探測問題，采用光學和慣性測量組合一體化設計可以減小尺寸重量和功耗，多敏感器信息處理與誤差校正處理可以節(jié)約資源，發(fā)揮信息融合的優(yōu)勢。
文檔編號G01C21/24GK101275844SQ20071009100
公開日2008年10月1日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權日2007年3月29日
發(fā)明者郝云彩 申請人:北京控制工程研究所