[发明专利]一种亚孔径阵列干涉星敏感器

说明书

本发明涉及一种亚孔径阵列干涉成像星敏感器，可应用于航天器姿态测量和旋转角速率测量技术领域。本发明提出的亚孔阵干涉星敏感器，使一颗恒星所成的像转化为一个包含多个星点的星点簇，增加了星点定位的采样样本数量，可使单星点定位随机误差降低为现有技术的星点定位精度提高倍，使得现有技术星敏感器的最高精度水平能够从0.1〞量级提升到0.01〞量级以上，大大地提高了星敏感器性能。本发明适用于一切视角不大于1°的点状目标成像定位的应用场合。

技术领域

本发明涉及一种亚孔径阵列干涉成像星敏感器，可应用于航天器姿态测量和旋转角速率测量技术领域，亚孔径阵列是指在星敏感器的光学系统的整孔径内有若干个直径小于整孔径的子孔径，且该若干个直径小于整孔径的子孔径按照星点簇要求和干涉光学系统设计的结果规律性排列成阵列。

背景技术

目前对于航天器的姿态测量经常使用星敏感器，这种敏感器的主要原理是：利用恒星位置相对于惯性空间基本不动的规律，通过对一个天区的恒星光电成像获取星图，再对星图进行处理和识别得到测量敏感器光轴在惯性空间指向，经过星敏感器在航天器安装坐标系与航天器姿态坐标系的转换即可得到航天器的三轴姿态。

现有技术中，星敏感器硬件包括遮光罩、光学系统(镜头)、电子学系统、电器和结构接口、星图处理与姿态计算软件。电子学系统包括探测器成像组件、信息处理单元、电源模块、内部外部电连接，星图处理与姿态计算软件主要包括星图预处理模块、星图匹配模块、姿态计算模块、通讯模块等。星敏感器的主要技术指标包括三轴测角精度、数据更新率、杂光抑制能力等，星敏感器的精度指标是其核心技术指标，代表着星敏感器光轴指向的误差大小。以往技术中，星敏感器光学系统一般都采用透射式光学系统，在透射式光学系统中也有采用折射衍射的设计方案的。折反射或者反射式光学系统虽然有学者研究，但是真正应用到星敏感器产品中的却很少，一般针对超高精度或者超高精度星敏感器(精度优于0.5角秒)才采用折反射或者反射式光学系统。

无论以上哪种星敏感器光学系统，都存在着相对孔径、视场角、焦距、成像质量之间的相互制约关系，以上参数与星敏感器的测量精度之间也存在制约关系。一般星敏感器测量精度取决于单星定位精度和多星统计精度的综合，理论上等于单星定位精度和捕获导航星星数平方根的乘积，因此如何提高单星定位精度和所捕获的导航星数量成为提高星敏感器精度的主要途径，而单星定位精度取决于星点的瞬时视场和星点提取精度的乘积，所捕获的导航星数量与星敏感器的口径和视场角大小，以及探测灵敏度有关。在超高精度星敏感器技术领域，一般采用折反射或者反射式光学系统，主要采用长焦距和小视场实现提高单星定位精度的目的。这种设计虽然可以解决目前的超高精度星敏感器的方案问题，但是也带来了以下不足。

现有技术主要存在的不足如下：

(1)目前超高精度星敏感器(精度为0.1〞量级)采用的折反射光学系统成像结构带来重量较大的问题，同类产品一般都在10kg以上。

(2)受到相对孔径、视场角、焦距、成像质量之间的相互制约关系限制，星敏感器单幅星图捕获的恒星数量有限，限制了精度进一步提高。

(3)现有超高精度星敏感器的消杂光采用常规的单一孔径遮光罩，导致长度和重量相对较大。