[发明专利]一种应用于微小卫星的大视场低功耗的地球敏感器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种低功耗大视场的地球敏感器，应用于微小卫星姿态控制系统。

背景技术

地球敏感器是卫星姿态控制系统(ADCS)中一个重要的姿态测量器件，它通过确定地球中心在卫星本体坐标系中的矢量方向，进而借助于坐标变换得到卫星在空间中的方位，即卫星的姿态。根据前端探测器敏感光谱波段的不同，地球敏感器可分为红外地球敏感器、可见光地球敏感器和紫外地球敏感器。

目前卫星上大多数采用的是红外地球敏感器和可见光地球敏感器。红外地球敏感器根据工作方式的不同可分为静态和动态两种。动态红外地球敏感器又可根据扫描方式的不同分为圆锥扫描式和摆动扫描式。传统的动态红外地球敏感器因包含有机械扫描装置，故体积大、功耗高，另外扫描机构长时间的运动会使敏感器产生振动偏离，极大降低敏感器的测量精度。静态红外地球敏感器采用凝视型成像技术，不需要机械扫描装置，其质量、体积和功耗都小于动态红外地球敏感器，但由于其前端所使用红外成像设备功耗往往较高(在数瓦的量级)，仍然很难满足微小卫星对姿态敏感器低功耗的要求。可见光地球敏感器由于可以采用CMOS图像传感器来对地球成像，因而体积和功耗都可以做的很小，但是可见光地球敏感器只能工作在光照区。当卫星处于地球的阴影区域时，可见光地球敏感器将不能工作。

发明内容

本发明提供了一种应用于微小卫星的大视场低功耗的地球敏感器系统，该地球敏感器系统具有功耗低和可全天候工作的优势，非常适合应用于微小卫星上。

一种应用于微小卫星的大视场低功耗的地球敏感器系统，包括：可见光采集模块、红外光采集模块和后端信号处理电路；

所述后端信号处理电路根据卫星所处光照条件交替采集所述可见光采集模块和红外光采集模块的图像数据并进行相应的处理。

本发明中，当所述的地球敏感器系统工作于光照区时，由可见光采集模块采集可见光信号，当所述的地球敏感器系统工作于地球的阴影区时，由红外光采集模块采集红外光信号，因此，可以实现该地球敏感器系统的全天候工作；同时，后端信号处理电路可以根据光照条件使可见光采集模块和红外光采集模块交替工作，从而可以实现低功耗。

作为优选，所述的可见光采集模块由可见光光学镜头和用于接收可见光光学镜头的光信号并产生图像数据的CMOS图像传感器组成；

所述的红外光采集模块由红外光学镜头和用于接收红外光学镜头的红外信号并产生图像数据的红外热像仪组成；

所述的可见光光学镜头和红外光学镜头为全景环形镜头。

本发明中，可见光采集模块和红外光采集模块均使用了全景环形镜头，与常规的光学系统相比，其具有以下优点：

（1）景深大，不用调焦就可看清视场内无遮拦的物体或目标，而且成像清晰；

（2）视场角大，视场角可达90°×360°。

作为优选，所述的卫星所处的光照条件通过所述的CMOS图像传感器接收到的光信号的强度进行判断，当CMOS图像传感器从可见光光学镜头采集到的光信号的强度低于预设值时，即可确定微小卫星已经进入地球阴影区，打开红外光采集模块使其处于工作状态；当CMOS图像传感器从可见光光学镜头采集到的光信号的强度高于预设值时，即可确定微小卫星已经进入光照去，关闭红外光采集模块，由于红外光采集模块的功耗较高，此时可以很大程度上降低整套系统的功耗。由于不需要额外的传感器，从而可以减小体积和重量。

作为优选，所述的红外热像仪为非晶硅红外微测辐射热计，此时，可以进一步降低红外光采集模块的功耗，克服了传统红外地球敏感器因功耗较高且需要制冷难以用于微小卫星上的缺点。

作为优选，所述的后端信号处理电路由图像采集控制器、图像存储器、处理器、数据存储器和程序存储器组成；

所述的图像采集控制器用于采集所述可见光采集模块和红外光采集模块的图像数据，由CPLD来实现；

所述的图像存储器用于存储所述的图像采集控制器采集到的图像数据；当处理器需要进行图像处理时，图像数据将会被从图像存存储器中读出，图像存储器由SRAM实现，与CPLD连接在一起，作为进一步的优选，在该套系统中SRAM一共有两块；

所述的处理器用于读出图像存储器所存储的图像数据，进行图像处理；所述的处理器是整个后端信号处理电路的核心，处理器由DSP来实现；当DSP得到卫星当前的姿态信息后，DSP通过SPI口将卫星的姿态信息发送给星务计算机；另外DSP也完成了对CMOS图像传感器的配置工作，并控制CPLD是否开始采集图像数据，DSP通过EMA口与CPLD相连接；