[发明专利]一种双折射太阳敏感器及其载体三轴姿态的测量方法

说明书

本发明公开了一种双折射太阳敏感器，包括：光线过滤模块、单轴晶体镜头、图像传感器和数据处理模块；其特征在于，所述光线过滤模块将光线进行集束，形成较细的入射光线；所述单轴晶体镜头将入射光线进行双折射，形成两条折射光线；所述图像传感器对两束折射光线进行成像；所述数据处理模块用于提取像点中心，并根据两条折射光线计算入射光线的矢量信息，由此计算出载体的三轴姿态信息。当载体上安装上述双折射太阳敏感器时，本发明还公开了一种载体三轴姿态的测量方法，能够使航天器/无人机单独依靠太阳测量就可以实现三轴姿态测量。本发明的双折射太阳敏感器可以做到较大的视场，并且能够保证不损失姿态测量精度。

技术领域

本发明属于姿态测量与确定领域，具体涉及一种双折射太阳敏感器及其载体三轴姿态的测量方法。

背景技术

太阳敏感器是航天姿态控制系统中的重要测量部件，是在航天领域应用最广泛的一类光电敏感器，可提供太阳矢量与航天器上特定轴线间的角度反馈。几乎所有的航天器都需要安装太阳敏感器，以便根据太阳敏感器提供的状态反馈信息完成航天器各个阶段的姿态控制任务。

常规的太阳敏感器是利用小孔成像的原理实现对太阳矢量的测量，只有一条光线，只能测量两个垂直敏感器光轴方向的姿态信息，不能测量绕敏感器光轴的姿态信息；此外，衡量太阳敏感器好与坏的主要指标是视场和测量精度，常规太阳敏感器受制于设计原理，想要提高测量精度，就必须缩小视场，而要扩大视场，就要降低测量精度。

发明内容

本发明的目的在于克服目前的太阳敏感器存在的不能测量载体的绕敏感器光轴方向的姿态信息这个缺陷，提出了一种双折射太阳敏感器，该太阳敏感器利用单轴晶体的双折射原理制成，在单独观测太阳可以实现载体的三轴姿态测量，并且在保证大视场的条件下，做到高精度姿态测量，由此使航天器/无人机单独依靠太阳测量就可以实现三轴姿态测量。

为了实现上述目的，本发明提供了一种双折射太阳敏感器，包括：光线过滤模块、单轴晶体镜头、图像传感器和数据处理模块；所述光线过滤模块将光线进行集束，形成较细的入射光线；所述单轴晶体镜头将入射光线进行双折射，形成两条折射光线；所述图像传感器对两束折射光线进行成像；所述数据处理模块用于提取像点中心，并根据两条折射光线计算入射光线的矢量信息，由此计算出载体的三轴姿态信息。

上述技术方案中，所述单轴晶体镜头的材质为方解石。

上述技术方案中，所述光线过滤模块为在单轴晶体镜头的表面设置透光孔；所述透光孔置于单轴晶体镜头外表面的中心位置，所述透光孔的直径不大于0.1mm。

上述技术方案中，所述光线过滤模块为在单轴晶体镜头上设置黑色原点；所述黑色原点置于单轴镜头外表面的中心位置，所述黑色原点的直径不大于0.1mm。

上述技术方案中，所述光线过滤模块为在单轴晶体镜头前设置凸透镜片；所述凸透镜片设置在单轴晶体镜头之前，其中心与单轴晶体镜头前表面的距离为所述凸透镜片的焦距。

在载体上安装上述的双折射太阳敏感器，本发明还提供了一种载体三轴姿态的测量方法，所述方法包括：

步骤1)所述光线过滤模块对太阳光线进行过滤；

步骤2)过滤后的入射光线通过单轴晶体镜头成为双折射光线：o光和e光；

步骤3)利用图像传感器对o光和e光所形成的光斑进行成像；

步骤4)提取o光和e光的光斑质心；

步骤5)利用两束折射光线计算入射光线的矢量信息；

步骤6)根据入射光线和两条折射光线计算载体的三维姿态信息。

上述技术方案中，所述步骤5)的具体实现过程为：