[发明专利]一种用于真空深冷环境下的星敏感器光轴热漂移评价方法

说明书

本发明涉及一种用于真空深冷环境下的星敏感器光轴热漂移评价方法，属于光学仪器技术领域。步骤包括：将被测产品安装于外热流模拟系统中，按照需要模拟的空间外热流情况对被测星敏感器进行外热流模拟实施；开启星敏感器，通过控制外热流模拟系统的工况参数设置，实现不同工况外热流的模拟，同时采集不同工况下的星敏感器姿态四元素；对测试过程中采集到的被测产品姿态四元数进行k阶多项式拟合，作为姿态四元数的理论值；将每个采样点的姿态四元数与拟合的姿态四元数进行叉乘，计算出误差四元数。本发明解决了星敏感器地面环境下的光轴热漂移指标评价问题。

技术领域

本发明涉及一种用于真空深冷环境下的星敏感器光轴热漂移评价方法，属于光学仪器技术领域。

背景技术

星敏感器是高分辨率对地观测和天文观测任务中必不可少的空间测量敏感器。随着平台需求的不断提升，星敏感器测量精度的需求也越来越高。其中，精度为0.3″星敏感器是世界先进水平的极高精度星敏感器。

星敏感器地面环境下的精度评价及测试技术是验证产品实现水平的核心能力。在误差源评价中，0.3″星敏感器的低频误差主要由其在轨环境的光轴热漂移程度决定。为评估该产品指标实现情况，亟需在地面环境下建立一种真空深冷环境，实现星敏感器接近在轨工况下的光轴热漂移指标评价。

星敏感器的光轴热漂移指受环境影响的星敏成像星点质心位置移动情况，其影响因素包括、真空深冷背景、外热流、安装界面温漂等。

目前，星敏感器光轴热漂移的地面评价方式主要采用仿真分析计算得出。通过星敏感器结构三维模型，建立有限元分析模型。设置温度界面后仿真得到星敏感器各部位的温度场和应变场。通过分析结果，计算光学镜头的光轴变化情况，最后得出光轴的热漂移量。这种分析方法可评价星敏感器光轴热漂移的水平，可作为工程研制的参考，但结果受建模准确度的影响较大。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种用于真空深冷环境下的星敏感器光轴热漂移评价方法，首先建立一套环境模拟装置，包括真空深冷背景模拟、在轨外热流模拟及产品界面温度水平模拟；其次通过高稳定的支撑装置实现被测品稳定安装，通过高精度星模拟器实现目标模拟，建立高精度检测系统对整个装置的系统误差进行测量，最终通过系统误差修正得出极高精密星敏感器的热漂移情况，解决了星敏感器地面环境下的光轴热漂移指标评价问题。

本发明解决技术的方案是：

一种用于真空深冷环境下的星敏感器光轴热漂移评价方法，步骤包括：

S1、将被测产品安装于外热流模拟系统中，按照需要模拟的空间外热流情况对被测星敏感器进行外热流模拟实施；

S2、开启星敏感器，通过控制外热流模拟系统的工况参数设置，实现不同工况外热流的模拟，同时采集不同工况下的星敏感器姿态四元素；

S3、对测试过程中采集到的被测产品姿态四元数进行k阶多项式拟合，作为姿态四元数的理论值；

S4、将每个采样点的姿态四元数与拟合的姿态四元数进行叉乘，计算出误差四元数；

S5、将计算得到的误差四元数转换为星敏感器测量参考系三个轴上的角度误差；

S6、对一个轨道周期的三轴角度误差进行平滑处理，提取其偏置变化，计算其角度误差的标准差e_BS；

S7、基于一个轨道周期的偏差变化计算其标准差e_BS，最终统计光轴热漂移指标。

进一步的，S1中，在被测星敏感器表面布设多路加热回路并采集温度，进行外热流模拟。

进一步的，外热流模拟系统包含真空设备、热沉、光学平台、液氮装置和星模拟器，用于真空深冷背景模拟、在轨外热流模拟及产品界面温度水平模拟。