一種高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀及導(dǎo)航方法
【專利摘要】一種高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀及導(dǎo)航方法，主要由原子鑒頻組合，CCD探測(cè)單元，測(cè)速計(jì)算機(jī)，目標(biāo)天體指向伺服機(jī)構(gòu)組成，所述原子鑒頻組合用于對(duì)目標(biāo)天體光信號(hào)的譜線進(jìn)行頻率鑒別，輸出高精度光譜頻移值，所述CCD探測(cè)單元安裝在原子鑒頻組合后端，用于對(duì)原子鑒頻模塊輸出的信號(hào)進(jìn)行成像，所述測(cè)速計(jì)算機(jī)是測(cè)量信息數(shù)據(jù)處理的載體，接收CCD探測(cè)單元輸出的原始圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行測(cè)試樣本生成，根據(jù)不同算法進(jìn)行去誤差操作，完成速度數(shù)據(jù)輸出，所述目標(biāo)天體指向伺服機(jī)構(gòu)用于承載原子鑒頻組合，并跟蹤目標(biāo)天體運(yùn)動(dòng)，以保證原子鑒頻組合能始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)天體。本發(fā)明具有高光譜穩(wěn)定性與高光譜分辨率的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀及導(dǎo)航方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種宇航領(lǐng)域的測(cè)速導(dǎo)航儀，更具體的說(shuō)，涉及一種可用于天文自主導(dǎo)航的新型高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀及相應(yīng)的導(dǎo)航方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在近地/深空航天任務(wù)中，航天器的在軌自主導(dǎo)航能力是航天能否實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在軌運(yùn)行及其適應(yīng)不同性質(zhì)航天任務(wù)的重要因素。當(dāng)前近地/深空航天器的自主導(dǎo)航方法主要有慣性導(dǎo)航、天文導(dǎo)航和組合導(dǎo)航等。天文導(dǎo)航包括了天文測(cè)角導(dǎo)航、天文測(cè)速導(dǎo)航、脈沖星導(dǎo)航等方法。天文測(cè)速導(dǎo)航基于慣性空間中探測(cè)器與天體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻移效應(yīng)進(jìn)行相對(duì)速度測(cè)量，是實(shí)現(xiàn)航天器在軌自主導(dǎo)航的有效手段之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀及導(dǎo)航方法，以光波多普勒頻移效應(yīng)為出發(fā)點(diǎn)，利用原子自身的光譜頻率標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)量目標(biāo)天體光信號(hào)中某一特征譜線頻率移動(dòng)，進(jìn)而反演獲取探測(cè)器與目標(biāo)天體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，最終解算導(dǎo)航速度及位置信息。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀及導(dǎo)航方法，主要由原子鑒頻組合，CXD探測(cè)單元，測(cè)速計(jì)算機(jī)，目標(biāo)天體指向伺服機(jī)構(gòu)組成，所述原子鑒頻組合用于對(duì)目標(biāo)天體光信號(hào)的譜線進(jìn)行頻率鑒別，輸出高精度光譜頻移值，所述CCD探測(cè)單元安裝在原子鑒頻組合后端，用于對(duì)原子鑒頻模塊輸出的信號(hào)進(jìn)行成像，所述測(cè)速計(jì)算機(jī)是測(cè)量信息數(shù)據(jù)處理的載體，接收CCD探測(cè)單元輸出的原始圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行測(cè)試樣本生成，根據(jù)不同算法進(jìn)行去誤差操作，完成速度數(shù)據(jù)輸出，所述目標(biāo)天體指向伺服機(jī)構(gòu)用于承載原子鑒頻組合，并跟蹤目標(biāo)天體運(yùn)動(dòng)，以保證原子鑒頻組合能始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)天體。
[0006]所述CXD探測(cè)單元包含2個(gè)CXD探測(cè)器，分別完成對(duì)原子鑒頻模塊輸出的紅翼光信號(hào)與藍(lán)翼光信號(hào)進(jìn)行成像。
[0007]所述原子鑒頻組合包括濾光片、雙峰原子鑒頻器、選峰原子鑒頻器、分光鏡。
[0008]所述目標(biāo)天體是太陽(yáng)或系外恒星。
[0009]所述導(dǎo)航儀通過(guò)遮光罩及通光口接收來(lái)自目標(biāo)天體的光信號(hào)。
[0010]一種高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航方法，采用上述的導(dǎo)航儀來(lái)完成，以光波多普勒頻移效應(yīng)為出發(fā)點(diǎn)，利用原子自身的光譜頻率標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)量目標(biāo)天體光信號(hào)中某一特征譜線頻率移動(dòng)，進(jìn)而反演獲取探測(cè)器與目標(biāo)天體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，最終解算導(dǎo)航速度及位置信息，具體是:通過(guò)遮光罩及通光口接收來(lái)自目標(biāo)天體的光信號(hào)，經(jīng)原子鑒頻組合后輸出高精度光譜頻移值，由CXD探測(cè)單元采集后通過(guò)測(cè)速單元進(jìn)行誤差處理及導(dǎo)航解算，獲得探測(cè)器在慣性坐標(biāo)系下的位置及速度參數(shù)。
[0011]本發(fā)明所提供的高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀及導(dǎo)航方法，是根據(jù)光波多普勒頻移原理，以太陽(yáng)或系外恒星為觀測(cè)目標(biāo)天體，高精度的多普勒譜圖輸出為目的，利用原子自身的光譜頻率標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)量目標(biāo)天體光信號(hào)中的譜線頻移，從而獲得探測(cè)器與目標(biāo)天體之間的普勒視向速度的新型光譜導(dǎo)航儀。該導(dǎo)航儀可滿足導(dǎo)航儀實(shí)際在軌精度應(yīng)用需求。
[0012]本發(fā)明方法新穎，指標(biāo)優(yōu)越，同時(shí)具有高光譜穩(wěn)定性與高光譜分辨率的特點(diǎn)，是航天器導(dǎo)航儀技術(shù)的新突破，該方法可實(shí)現(xiàn)航天器在軌自主導(dǎo)航，可對(duì)我國(guó)深空探測(cè)光譜導(dǎo)航儀的研制提供重要指導(dǎo)，并具備在深空及近地探測(cè)領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0014]圖1是一種高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明所提供的高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀，是一種專門(mén)用于天文測(cè)速導(dǎo)航的敏感器。該敏感器接收來(lái)自天體的光信號(hào)，輸出高精度光譜頻移值，用于解算探測(cè)器在慣性坐標(biāo)系下的位置及速度參數(shù)。主要由原子鑒頻組合1、CCD探測(cè)單元2、測(cè)速計(jì)算機(jī)3、目標(biāo)天體指向伺服機(jī)構(gòu)4組成。高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀通過(guò)遮光罩及通光口接收來(lái)自導(dǎo)航天體的光信號(hào)，經(jīng)原子鑒頻組合I后輸出高精度光譜頻移值，由CCD探測(cè)單元2采集后，通過(guò)測(cè)速計(jì)算機(jī)3進(jìn)行誤差處理及導(dǎo)航解算，最終獲得探測(cè)器在慣性坐標(biāo)系下的位置及速度參數(shù)。
[0017]原子鑒頻組合I用于對(duì)目標(biāo)天體光信號(hào)的譜線進(jìn)行頻率鑒別，包含了濾光片、雙峰原子鑒頻器、選峰原子鑒頻器。導(dǎo)航源光信號(hào)依次通過(guò)濾光片、雙峰原子鑒頻器和選峰原子鑒頻器后，得到導(dǎo)航源光信號(hào)特征譜線兩翼的紅翼、藍(lán)翼光信號(hào)。
[0018]CXD探測(cè)單元2安裝在原子鑒頻組合后端，含CXD探測(cè)器2個(gè)，分別完成對(duì)原子鑒頻模塊輸出的紅翼光信號(hào)與藍(lán)翼光信號(hào)進(jìn)行成像。
[0019]測(cè)速計(jì)算機(jī)3是測(cè)量信息數(shù)據(jù)處理的載體，由工控計(jì)算機(jī)，顯示器，數(shù)據(jù)輸出板卡組成。測(cè)速計(jì)算機(jī)3接收CCD探測(cè)單元輸出的原始圖像數(shù)據(jù)，對(duì)太陽(yáng)圖像中心定位，進(jìn)行測(cè)試樣本生成，產(chǎn)生并顯示紅翼光信號(hào)與藍(lán)翼光信號(hào)的圖像。之后根據(jù)不同算法進(jìn)行誤差補(bǔ)償操作，最終完成速度數(shù)據(jù)的解算與輸出。
[0020]目標(biāo)天體指向伺服機(jī)構(gòu)4用于承載原子鑒頻組合模塊，并跟蹤目標(biāo)天體運(yùn)動(dòng)，以保證原子鑒頻組合模塊能始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)天體。
[0021]本發(fā)明上述實(shí)施例，并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明所提出的方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀，其特征在于，主要由原子鑒頻組合，(XD探測(cè)單元，測(cè)速計(jì)算機(jī)，目標(biāo)天體指向伺服機(jī)構(gòu)組成，所述原子鑒頻組合用于對(duì)目標(biāo)天體光信號(hào)的譜線進(jìn)行頻率鑒別，輸出高精度光譜頻移值，所述CCD探測(cè)單元安裝在原子鑒頻組合后端，用于對(duì)原子鑒頻模塊輸出的信號(hào)進(jìn)行成像，所述測(cè)速計(jì)算機(jī)是測(cè)量信息數(shù)據(jù)處理的載體，接收CCD探測(cè)單元輸出的原始圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行測(cè)試樣本生成，根據(jù)不同算法進(jìn)行去誤差操作，完成速度數(shù)據(jù)輸出，所述目標(biāo)天體指向伺服機(jī)構(gòu)用于承載原子鑒頻組合，并跟蹤目標(biāo)天體運(yùn)動(dòng)，以保證原子鑒頻組合能始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)天體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀，其特征在于，所述原子鑒頻組合包括濾光片、雙峰原子鑒頻器、選峰原子鑒頻器、分光鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀，其特征在于，所述CCD探測(cè)單元包含2個(gè)(XD探測(cè)器，分別完成對(duì)原子鑒頻模塊輸出的紅翼光信號(hào)與藍(lán)翼光信號(hào)進(jìn)行成像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀，其特征在于，所述目標(biāo)天體是太陽(yáng)或系外恒星。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航儀，其特征在于，所述導(dǎo)航儀通過(guò)遮光罩及通光口接收來(lái)自目標(biāo)天體的光信號(hào)。
6.一種高精度原子鑒頻測(cè)速導(dǎo)航方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航儀來(lái)完成，以光波多普勒頻移效應(yīng)為出發(fā)點(diǎn)，利用原子自身的光譜頻率標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)量目標(biāo)天體光信號(hào)中某一特征譜線頻率移動(dòng)，進(jìn)而反演獲取探測(cè)器與目標(biāo)天體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，最終解算導(dǎo)航速度及位置信息，具體是:通過(guò)遮光罩及通光口接收來(lái)自目標(biāo)天體的光信號(hào)，經(jīng)原子鑒頻組合后輸出高精度光譜頻移值，由CCD探測(cè)單元采集后通過(guò)測(cè)速單元進(jìn)行誤差處理及導(dǎo)航解算，獲得探測(cè)器在慣性坐標(biāo)系下的位置及速度參數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01C21/02GK104344823SQ201410572774
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】張偉, 方寶東, 葉暉, 陳曉, 尤偉 申請(qǐng)人:上海衛(wèi)星工程研究所