[发明专利]一种星敏感器及其探测方法

说明书

本发明公开了一种星敏感器及其探测方法，星敏感器包括干涉单元、角度调制单元、光学成像单元、探测单元；干涉单元使星光经过时发生干涉，包括周期相等、刻线方向形成夹角ε、间距为d的光栅Gsubgt;1/subgt;和光栅Gsubgt;2/subgt;；角度调制单元对同一入射星光产生不同方向的偏转，包括阵列的光楔列阵；光学成像单元将不同方向的光会聚成像在探测单元的不同位置上。本发明设计的星敏感器结构简单，克服传统星敏感器精度与视场、体积、质量等因素难以兼顾的问题，并且由于干涉单元和角度调制单元的设置，使得本发明的星敏感器在对单星测量时，分辨率可以达到0.1″，相较于传统的星敏感器提高了探测精度。

技术领域

本发明属于航空探测装置技术领域，尤其涉及一种星敏感器及其探测方法。

背景技术

星敏感器是除太阳外的恒星为观测对象，利用星体在星敏感器上所成的像获得星体在星敏感器坐标系中的单位矢量，通过计算星体在星敏感器坐标系中的单位矢量相对于星体在天体坐标系中单位矢量的坐标变换矩阵，得到载体飞行姿态的敏感器。其输出的姿态测量精度可以达到角秒级甚至亚角秒级，并且具有无时间累积误差、能够自主导航的优势，已经成为目前测量精度最高的姿态敏感器，在地球遥感、地球测绘、洲际导弹、行星测绘等方面得到了广泛应用。随着航空航天事业的飞速发展以及应用场合的特殊化，高精度、大视场、轻小化已经成为星敏感器发展的趋势。

由于星敏感器精度与视场、体积和质量等难以兼顾，传统微型星敏感器测量精度普遍较低，其精度等级较大型星敏感器相差近一个量级。典型的微型星敏感器主要有：STC-2星敏感器、Picostar星敏感器、ST-16星敏感器。STC-2星敏感器是目前已知质量最轻的星敏感器，不计遮光罩仅重65g，视场19.64°，功耗仅为250mW，但是其姿态测量精度只有10″；Picostar星敏感器质量仅70g，体积仅为30×38×80mm³，视场12.51°，但是由于其图像传感器分辨率较低，姿态测量精度仅为36″；ST-16星敏感器，在轻小型星敏感器中姿态测量精度相对较高，x/y轴姿态测量精度达到了7″，视场20.03°，但是其姿态更新率仅为2Hz。

浙江大学在此基础上提出了一种基于二维光栅的双轴干涉星敏感器装置，其理论上单星测量精度达0.2″。该装置可以同时提高x、y方向星光入射角度的测量精度，但是该装置用到+1级或-1级的光栅衍射级次，宽波段的星光在衍射方向会存在严重色散；另外从x、y方向分别对入射光强细分，会使探测器上光斑信号进一步减弱，增加了探测难度，实用性有待提高。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种星敏感器，解决了传统星敏感器精度与视场、体积、质量等因素难以兼顾的问题，具体包括：

干涉单元、角度调制单元、光学成像单元、探测单元；

干涉单元使星光经过时发生干涉，包括周期相等、刻线方向形成夹角ε、间距为d的光栅G₁和光栅G₂，d＞0mm，p为光栅周期，B为干涉条纹周期；角度调制单元对同一入射星光产生不同方向的偏转，包括阵列的光楔列阵；光学成像单元将不同方向的光会聚成像在探测单元的不同位置上。

优选的，光栅G₁和光栅G₂的周期为50μm、间距为50mm。

优选的，干涉单元的电子学细分采用1024倍细分。

优选的，光楔列阵为4个光楔且4个光楔纵向列阵。

优选的，光学成像单元为聚焦透镜组。

优选的，探测单元为探测器。

一种上述星敏感器的探测方法，包括如下步骤：

S1：建立星敏感器坐标系O-xyz和星敏感器靶面坐标系x'O'y'；