专利名称：一种双探头星敏感器及其设计方法
技术领域：
本发明涉及空间技术，具体说就是一种双探头星敏感器及其设计方法。
背景技术：
星敏感器是感受恒星的辐射并测量卫星相对于该恒星方位的一种光学姿态敏感器。由于恒星的张角非常小，且星光在惯性坐标系中的方向是精确已知的，所以星敏感器的测量精度很高，比太阳敏感器高一个数量级。但是由于星光非常微弱，所以信号检测比较困难，其成像需要使用高灵敏度的图像传感器，比如析像管或电荷耦合器件(CCD，ChargeCoupled Device)。天空中恒星数量很多，它一方面带来可供选择的目标星较多和应用方便 的优点，但也带来了对检测到的恒星进行识别的困难，因而需要配备数据存储和处理能力较强的星载数字计算机。为了减小外界杂散光的影响，常常在星敏感器的镜头前加一个遮光罩。来自恒星的平行光经过光学系统后在像面阵上聚焦成像，按能量中心法可确定星像的中心位置(其精度可达角秒)。根据聚焦几何关系进一步求出星光矢量在星敏感器坐标系中的方向，再由星敏感器安装矩阵求得星光矢量在卫星本体坐标系中的观测矢量。星敏感器能同时感测多颗恒星(通常是6等以上的恒星)，经过星图识别后作为三轴姿态测量基准的恒星一般在3颗以上。利用多矢量定姿法可求出卫星相对于惯性空间(天球坐标系)的三轴姿态。当给定飞行器的轨道根数后，可通过坐标转换求得飞行器相对于轨道坐标系的姿态。星敏感器的姿态确定精度是由恒星位置的测量精度确定的。但恒星位置的测量精度与视场角大小之间是矛盾的，为了进一步提高星敏感器的姿态精度，许多设计者减少星敏感器的视场。对于单视场星敏感器而言，滚动角的误差一般是偏航角和俯仰角误差的5-10倍。因此，降低星敏感器视场也不可能把滚动角的精度提高到偏航角和俯仰角的精度。而且小视场的星敏感器视场中可捕获的导航星数量比较少，导致星敏感器星探测能力的降低，不利于星图识别和飞行器的动态性能；不能保证在每一时刻视场中都能同时拍到足够的导航星。这样会限制星敏感器的星探测能力和造成姿态确定精度的下降。

发明内容
本发明的目的是为了解决航天器高动态飞行条件下星敏感器测量精度和星探测能力的问题，提供一种双探头星敏感器及其设计方法。本发明的目的是这样实现的本发明一种双探头星敏感器，它是由两个成像探头模块、一个CPU数据处理模块和一个电源转换模块组成的,两个成像探头模块分别与CPU数据处理模块相连，接口采用LVDS，两个成像探头模块之间相互独立，考虑到传输时间延迟的问题，两个成像探头模块传送给CPU数据处理模块不是整幅图像，而是图像中的星像坐标，为了便于CPU数据处理模块对两个成像探头模块的数据融合，两个成像探头模块除了给CPU数据处理模块传输图像中的星像坐标外，还把当前探头曝光时的时刻发送给CPU数据处理模块，两个成像探头模块与CPU数据处理模块除了存在数据信号连接以外，还分别与CPU数据处理模块之间连接一个I/O信号，CPU数据处理模块除了处理数据以外，还在I/O上产生秒脉冲，通过两个LVDS接口周期地给两个成像探头模块校时，在两个校时周期内，两个成像探头模块分别自主守时。本发明一种双探头星敏感器的设计方法，步骤如下步骤一电源转换模块的设计电源板包括电源转换模块和输出接口，电源转换模块把输入的28V电压转换到两个成像探头模块和CPU数据处理板所需要的5V电压； 步骤二 探头模块的设计两个探头模块的功能是一样的，因此可以设计完全一样的模块，每个探头模块分别包含了三个部分，分别是光学镜头部分、图像传感器部分和FPGA板部分，光学镜头部分光学镜头按照任务的需求，选择现成的镜头，根据任务的需要，光学镜头的视场是14° X 14°，图像传感器部分相对于CXD传感器，APS传感器的驱动电路大大简化，由于APS可直接输出数字信号，另外，由于APS传感器采用的是CMOS技术，因此APS传感器及其驱动电路可以和微处理器一起集成在单片芯片上，与采用CCD传感器相比，APS具有电路简单低功耗和低成本的优点，因此选择CMOS作为探头模块的图像传感器，根据任务的需要，双探头星敏感器的精度要优于I角秒，探测最暗的恒星为6等星，数据更新率为5Hz ；①双探头星敏感器的精度的计算从SKY2000星表中可以查出，全天球量于6等星的星数为4524颗，利用Ncfov =I - COS-^l(I)
2 V2 )其中N(Mv)为恒星总数，Θ FQV为视场大小就可以计算出视场内平均恒星数为16. 86颗，利用精度计算公式
权利要求
1.一种双探头星敏感器，它是由两个成像探头模块、一个CPU数据处理模块和一个电源转换模块组成的，其特征在于两个成像探头模块分别与CPU数据处理模块相连，接口采用LVDS，两个成像探头模块之间相互独立，两个成像探头模块传送给CPU数据处理板不是整幅图像，而是图像中的星像坐标，并把当前探头曝光时的时刻发送给CPU数据处理模块，两个成像探头模块与CPU数据处理模块除了存在数据信号连接以外，还分别与CPU数据处理模块之间连接一个I/o信号，CPU数据处理模块除了处理数据以外，还在I/O上产生秒脉冲，通过两个LVDS接口周期地给两个成像探头模块校时，在两个校时周期内，两个成像探头模块分别自主守时，电源转换模块把输入的28V电压转换到两个成像探头模块和CPU数据处理模块所需要的5V电压。
2.一种双探头星敏感器的设计方法，其特征在于，步骤如下 步骤一电源转换模块的设计 电源板包括电源转换模块和输出接口，电源转换模块把输入的28V电压转换到两个成像探头模块、CPU数据处理板所需要的5V电压； 步骤二 探头模块的设计 两个探头模块的功能是一样的，因此可以设计完全一样的模块，每个探头模块分别包含了三个部分，分别是光学镜头部分、图像传感器部分和FPGA板部分,光学镜头部分光学镜头按照任务的需求，选择现成的镜头， 根据任务的需要，光学镜头的视场是14° X14°， 图像传感器部分选择CMOS作为探头模块的图像传感器，根据任务的需要，双探头星敏感器的精度要优于I角秒，探测最暗的恒星为6等星，数据更新率为5Hz ； ①双探头星敏感器的精度的计算 从SKY2000星表中可以查出，全天球量于6等星的星数为4524颗，利用
全文摘要
一种双探头星敏感器及其设计方法，双探头星敏感器包括两个成像探头模块、一个CPU数据处理模块和一个电源转换模块，两个成像探头模块分别与CPU数据处理模块相连，接口采用LVDS，通过两个LVDS接口周期地给两个成像探头模块校时，在两个校时周期内，两个成像探头模块分别自主守时。其设计方法是步骤一电源转换模块的设计；步骤二探头模块的设计；步骤三数据处理模块的设计。本发明弥补了星敏感器长时间运行后，两个成像探头模块之间时间差增大和单个成像探头模块星敏感器滚动轴姿态精度差的缺点；即使某个成像探头模块失效，在保证姿态精度的基础上，另一个成像探头模块仍然能输出姿态，提高了数据可靠性。
文档编号G01C21/02GK102914306SQ201210328010
公开日2013年2月6日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年5月10日
发明者李葆华, 王常虹, 陈希军, 温奇咏 申请人:哈尔滨工业大学