[发明专利]一种单视场多功能光学敏感器及实现方法

摘要

本发明涉及一种单视场多功能光学敏感器及实现方法，集成了星敏感器功能，导航敏感器功能及空间光学相机功能，包括高动态范围曝光模块、图像处理模块、姿态解算模块、自主导航模块和图像压缩模块。本发明以单敏感器实现传统多敏感器组合式导航系统功能，大大简化系统复杂度，降低重量和成本。

主权项

1.一种单视场多功能光学敏感器，其特征在于：集成了星敏感器功能，导航敏感器功能及空间光学相机功能，包括高动态范围曝光模块、图像处理模块、姿态解算模块、自主导航模块和图像压缩模块；高动态范围曝光模块，针对天体目标和星点目标辐照度差距大的特点，利用可变势阱容量技术在较长曝光时间下实现了单次曝光对同一视场内天体目标和星点目标的清晰成像；同时对成像过程中涉及的曝光参数进行优化，在保证有足够星点目标可被提取的同时使天体目标的边缘提取误差最小，以提高导航精度，所述曝光参数为总曝光时间T、调节曝光时间T_S和势阱容量Q_S；图像处理模块，用于对高动态范围曝光模块所成图像进行实时处理；利用极小转动惯量法求解天体目标的对称轴方向，利用亚像素梯度拟合内插算法提取图像中天体目标边缘；天体目标边缘利用最小二乘拟合算法求解天体目标质心、视半径及相角，星点目标利用质心定位算法求解星点质心；姿态解算模块，用于对图像处理模块输出的星点质心进行处理；利用星图识别算法，对视场内星点目标进行识别，解算航天器当前姿态信息，实现星敏感器功能，并将姿态信息输出给自主导航模块；自主导航模块，用于求解航天器在惯性坐标系下的位置；利用图像处理模块输出的天体目标特征信息和姿态解算模块输出的姿态信息，结合天体目标和太阳的星历信息以及航天器、天体目标、太阳间的空间几何关系解算航天器位置，实现导航敏感器功能；图像压缩模块利用压缩感知原理对高动态范围曝光模块所成图像进行压缩，减少图像占用的存储空间，便于图像下传，高动态范围曝光模块与图像压缩模块结合共同实现空间光学相机功能。