一種高動態(tài)星敏感器強光保護(hù)的方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航天器姿態(tài)測量技術(shù)，特別涉及一種高動態(tài)星敏感器強光保護(hù)的方法 與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 星敏感器（Star Sensor)是當(dāng)今航天飛行器中廣泛采用的一種姿態(tài)測量部件，具 有精度高、重量輕、功耗低、無漂移和工作方式多樣等優(yōu)點。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，大量運動 角速度大于1° /s的空間飛行器出現(xiàn)，特別當(dāng)飛行器大角速度機動時，運動角速度甚至達(dá) 到5° /s以上。因此，適用于這類空間飛行器的高動態(tài)星敏感器已成為當(dāng)前的研宄熱點。
[0003] 傳統(tǒng)星敏感器在高動態(tài)情況下，受曝光時間影響，成像星點呈現(xiàn)出"拖尾"現(xiàn)象，導(dǎo) 致星點模糊，使星敏感器的探測靈敏度急劇下降。為提高探測靈敏度，出現(xiàn)了以像增強型 電荷耦合元件（ICCD)、像增強型互補金屬氧化物半導(dǎo)體（ICM0S)、電子倍增電荷耦合元件 (EMCCD)和電子轟擊電荷耦合元件（EBCCD)等微光探測器件為圖像探測器的高動態(tài)星敏感 器，這大大縮短了曝光時間，提升了星敏感器的動態(tài)性能。
[0004] 在上述微光探測器件中，ICXD和ICM0S使用像增強器對接收到的微光進(jìn)行亮度增 強，具有背景噪聲小、體積小且功耗低等優(yōu)點，特別適用于高動態(tài)星敏感器。像增強器是由 光電陰極面、光纖藕合器、微通道板、熒光屏和輸出光纖面板等組成的，其基本工作原理為 外來的微弱光信號經(jīng)光電陰極轉(zhuǎn)化為光電子，再由微通道板倍增后轟擊到熒光屏上，最后 經(jīng)輸出光纖輸出增強后的光學(xué)圖像。當(dāng)外來光信號強度較大時，光電陰極面、熒光屏等容易 產(chǎn)生疲勞或損壞，進(jìn)而導(dǎo)致整個像增強器的功能減退甚至失效。因此，像增強器在實際應(yīng)用 中需要考慮強光保護(hù)的問題。
[0005] 目前像增強器主要應(yīng)用于微光夜視設(shè)備，針對這一應(yīng)用領(lǐng)域，國內(nèi)外發(fā)展了多種 強光保護(hù)技術(shù)，如自動電路控制、自動增益控制、自動門限控制及微通道板保護(hù)技術(shù)等。然 而，現(xiàn)有技術(shù)并不完全適用于星敏感器領(lǐng)域的像增強器保護(hù)，比如星敏感器在使用時可能 出現(xiàn)太陽光直接照射像增強器的情況，此時即使采用上述強光保護(hù)技術(shù)，強烈的太陽光也 可能在上述技術(shù)發(fā)揮作用前的極短時間內(nèi)直接損壞像增強器，而這種損壞是不可逆轉(zhuǎn)的， 這直接造成高動態(tài)星敏感器完全喪失工作能力，進(jìn)而影響飛行器運行，嚴(yán)重時甚至可能致 使飛行器任務(wù)失敗。又如有反射光的隕石、太空垃圾等，雖然其反射光強較太陽光弱許多， 直接照射時并不會損壞像增強器，但當(dāng)其在視場內(nèi)長時間出現(xiàn)時同樣可能導(dǎo)致光電陰極 面、熒光屏等疲勞而縮短像增強器的使用壽命，而這會造成高動態(tài)星敏感器無法達(dá)至預(yù)期 設(shè)計的使用壽命，從而對其所在飛行器長期穩(wěn)定工作的能力帶來極大的挑戰(zhàn)，因此，這類強 光保護(hù)的問題同樣必須考慮，而現(xiàn)有技術(shù)顯然難以滿足這一需求。綜上所述，以像增強器為 核心元件的高動態(tài)星敏感器迫切需要一種有針對性的強光保護(hù)方法和裝置，而目前該領(lǐng)域 的研宄仍然處于空白狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于：提供一種高動態(tài)星敏感器強光保護(hù)的方法與裝置，從根本上 避免了由于高動態(tài)星敏感器喪失工作能力而對飛行器產(chǎn)生影響的可能性，延長了高動態(tài)星 敏感器的使用壽命，也為飛行器長期穩(wěn)定的工作創(chuàng)造了有利條件。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高動態(tài)星敏感器強光保護(hù)的方法，該方法根據(jù)高 動態(tài)星敏感器的特點，將其在使用過程中可能遇到的強光物體分為兩類：軌道和位置已知 的強光物體；軌道和位置未知的強光物體；對于第一類強光物體，由于其位置信息已知，因 此可以主動預(yù)測其位置，并在其進(jìn)入視場前關(guān)閉像增強器，從而實現(xiàn)強光保護(hù)的目的，這類 方法可以稱為主動預(yù)測保護(hù)法；而對于第二類強光物體，由于其位置信息未知，其是否出現(xiàn) 在視場內(nèi)完全是隨機的，因而不能采用主動預(yù)測保護(hù)法實現(xiàn)強光保護(hù)，考慮到第二類強光 物體的出射光強較第一類弱許多，故而不會直接損壞像增強器，只有當(dāng)其在視場內(nèi)長時間 出現(xiàn)才可能導(dǎo)致像增強器的疲勞，因此可以通過軟件的方式實時判斷，當(dāng)視場內(nèi)出現(xiàn)包含 的像素個數(shù)大于某一閾值的目標(biāo)時，即判定該目標(biāo)為第二類強光物體，隨即關(guān)閉像增強器， 從而實現(xiàn)針對第二類強光物體的保護(hù)目的，這類方法可以稱為目標(biāo)判定保護(hù)法。
[0008] 本發(fā)明另外提供一種高動態(tài)星敏感器強光保護(hù)的裝置，該裝置包括光電二極管陣 列，光電二極管陣列成圓周狀均勻分布在高動態(tài)星敏感器探測器的圓周邊緣上，其分布數(shù) 量、相鄰夾角由光電二極管的尺寸與探測器的尺寸決定，并且為該光電二極管陣列配置相 應(yīng)的驅(qū)動與信號提取電路。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0010] 本發(fā)明針對高動態(tài)星敏感器實際應(yīng)用中可能遇到的兩類強光物體分別提出兩種 保護(hù)方法：主動預(yù)測保護(hù)法，采用該方法可避免第一類強光物體出射光光強過大而損壞像 增強器，進(jìn)而從根本上避免了由于高動態(tài)星敏感器喪失工作能力而對飛行器產(chǎn)生影響的可 能性；目標(biāo)判定保護(hù)法，采用該方法，可避免第二類強光物體由于長時間出現(xiàn)在視場內(nèi)而導(dǎo) 致像增強器疲勞，從而極大的延長了高動態(tài)星敏感器的使用壽命，也為飛行器長期穩(wěn)定的 工作創(chuàng)造了有利條件。
【附圖說明】
[0011] 圖1為強光物體分類及保護(hù)方法示意圖；
[0012] 圖2為主動預(yù)測保護(hù)法實施流程圖；
[0013] 圖3為開啟強光保護(hù)環(huán)節(jié)流程示意圖；
[0014] 圖4為臨界夾角判定示意圖；
[0015] 圖5為關(guān)閉強光保護(hù)環(huán)節(jié)流程示意圖；
[0016] 圖6為光電二極管陣列分布不意圖；
[0017] 圖7為目標(biāo)判定保護(hù)法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖以及【具體實施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0019] 根據(jù)高動態(tài)星敏感器的特點，將其在使用過程中可能遇到的強光物體分為兩類： 軌道和位置已知的強光物體，如太陽、月球、火星等；軌道和位置未知的強光物體，如有反射 光的隕石、太空垃圾等。對于第一類強光物體，由于其位置信息已知，因此可以主動預(yù)測其 位置，并在其進(jìn)入視場前關(guān)閉像增強器，從而實現(xiàn)強光保護(hù)的目的，這類方法可以稱為主動 預(yù)測保護(hù)法。而對于第二類強光物體，由于其位置信息未知，其是否出現(xiàn)在視場內(nèi)完全是隨 機的，因而不能采用主動預(yù)測保護(hù)法實現(xiàn)強光保護(hù)?？紤]到第二類強光物體的出射光強較 第一類弱許多，故而不會直接損壞像增強器，只有當(dāng)其在視場內(nèi)長時間出現(xiàn)才可能導(dǎo)致像 增強器的疲勞，因此可以通過軟件的方式實時判斷，當(dāng)視場內(nèi)出現(xiàn)包含的像素個數(shù)大于某 一閾值的目標(biāo)時，即判定該目標(biāo)為第二類強光物體，隨即關(guān)閉像增強器，從而實現(xiàn)針對第二 類強光物體的保護(hù)目的，這類方法可以稱為目標(biāo)判定保護(hù)法。
[0020] 概括起來，如圖1所示，本發(fā)明的目的在于，提出一種有針對性的高動態(tài)星敏感器 強光保護(hù)的方法與裝置，能夠簡便、有效且全面的保護(hù)像增強器，進(jìn)而實現(xiàn)保護(hù)高動態(tài)星敏 感器的目的，從而大大延長其使用壽命。
[0021] 1)主動預(yù)測保護(hù)法
[0022] 主動預(yù)測保護(hù)法是針對高動態(tài)星敏感器在使用中的第一類強光物體，即軌道和位 置已知的強光物體（如太陽、月球、火星等）的保護(hù)方法，共分為兩個環(huán)節(jié)，即正常工作狀態(tài) 下主動預(yù)測強光物體位置并判別是否啟動強光保護(hù)的環(huán)節(jié)以及是否關(guān)閉強光保護(hù)并恢復(fù) 正常工作狀態(tài)的環(huán)節(jié)，為敘述方便，將上述兩個環(huán)節(jié)分別簡稱為開啟強光保護(hù)環(huán)節(jié)和關(guān)閉 強光保護(hù)環(huán)節(jié)。
[0023]完整的像增強器主動預(yù)測保護(hù)法的具體實施流程如圖2所示。圖2中，高動態(tài)星 敏感器開機工作后，主要包含兩個工作狀態(tài)：正常工作狀態(tài)，即星敏感器完成全天球星圖識 另IJ、快速跟蹤與姿態(tài)確定等常規(guī)功能，光電二極管陣列保持關(guān)閉狀態(tài)以降低功耗；強光保護(hù) 狀態(tài)，即視場內(nèi)存在強光物體，星敏感器關(guān)閉，光電二極管陣列開啟。由圖2可知，關(guān)閉強光 保護(hù)環(huán)節(jié)用以判定高動態(tài)星敏感器是否由強光保護(hù)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至正常工作狀態(tài)，而開啟強光 保護(hù)環(huán)節(jié)則用以判定是否由正常工作狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至強光保護(hù)狀態(tài)。需要注意的是，高動態(tài)星 敏感器開機工作后，由于缺失先驗知識，為安全起見，其初始工作狀態(tài)為強光保護(hù)狀態(tài)，待 判定視場內(nèi)不存在強光物體后，再行跳轉(zhuǎn)至正常工作狀態(tài)，這一過程開機后僅執(zhí)行一次。下 面對上述兩個環(huán)節(jié)分別進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024] (1)開啟強光保護(hù)環(huán)節(jié)
[0025]根據(jù)星敏感器的工作特點，在正常工作狀態(tài)中能夠提前預(yù)測第一類強光物體（如 太陽、月球、火星等）的位置，可以在其進(jìn)入視場前主動關(guān)閉像增強器，從而實現(xiàn)強光保護(hù) 的目的。圖3為開啟強光保護(hù)環(huán)節(jié)流程示意圖，圖中虛線框中部分即為開啟強光保護(hù)環(huán)節(jié) 實施步驟，下面加以詳細(xì)說明。不失一般性，以太陽為例進(jìn)行計算，其余強光物體的計算過 程與此類同。
[0026]①計算太陽在天球坐標(biāo)系下的位置（赤經(jīng)、赤煒）
[0027]假設(shè)地球運動是一個純橢圓，即忽略月球及行星攝動。設(shè)JD是當(dāng)前儒略日數(shù)，T為 J2000起算的儒略世紀(jì)數(shù)，則有如下公式：
[0028] T= (JD-ki) /k2 (1)
[002