一種高動(dòng)態(tài)星敏感器強(qiáng)光保護(hù)的方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航天器姿態(tài)測(cè)量技術(shù)，特別涉及一種高動(dòng)態(tài)星敏感器強(qiáng)光保護(hù)的方法 與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 星敏感器（Star Sensor)是當(dāng)今航天飛行器中廣泛采用的一種姿態(tài)測(cè)量部件，具 有精度高、重量輕、功耗低、無(wú)漂移和工作方式多樣等優(yōu)點(diǎn)。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，大量運(yùn)動(dòng) 角速度大于1° /s的空間飛行器出現(xiàn)，特別當(dāng)飛行器大角速度機(jī)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)角速度甚至達(dá) 到5° /s以上。因此，適用于這類(lèi)空間飛行器的高動(dòng)態(tài)星敏感器已成為當(dāng)前的研宄熱點(diǎn)。
[0003] 傳統(tǒng)星敏感器在高動(dòng)態(tài)情況下，受曝光時(shí)間影響，成像星點(diǎn)呈現(xiàn)出"拖尾"現(xiàn)象，導(dǎo) 致星點(diǎn)模糊，使星敏感器的探測(cè)靈敏度急劇下降。為提高探測(cè)靈敏度，出現(xiàn)了以像增強(qiáng)型 電荷耦合元件（ICCD)、像增強(qiáng)型互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（ICM0S)、電子倍增電荷耦合元件 (EMCCD)和電子轟擊電荷耦合元件（EBCCD)等微光探測(cè)器件為圖像探測(cè)器的高動(dòng)態(tài)星敏感 器，這大大縮短了曝光時(shí)間，提升了星敏感器的動(dòng)態(tài)性能。
[0004] 在上述微光探測(cè)器件中，ICXD和ICM0S使用像增強(qiáng)器對(duì)接收到的微光進(jìn)行亮度增 強(qiáng)，具有背景噪聲小、體積小且功耗低等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高動(dòng)態(tài)星敏感器。像增強(qiáng)器是由 光電陰極面、光纖藕合器、微通道板、熒光屏和輸出光纖面板等組成的，其基本工作原理為 外來(lái)的微弱光信號(hào)經(jīng)光電陰極轉(zhuǎn)化為光電子，再由微通道板倍增后轟擊到熒光屏上，最后 經(jīng)輸出光纖輸出增強(qiáng)后的光學(xué)圖像。當(dāng)外來(lái)光信號(hào)強(qiáng)度較大時(shí)，光電陰極面、熒光屏等容易 產(chǎn)生疲勞或損壞，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)像增強(qiáng)器的功能減退甚至失效。因此，像增強(qiáng)器在實(shí)際應(yīng)用 中需要考慮強(qiáng)光保護(hù)的問(wèn)題。
[0005] 目前像增強(qiáng)器主要應(yīng)用于微光夜視設(shè)備，針對(duì)這一應(yīng)用領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外發(fā)展了多種 強(qiáng)光保護(hù)技術(shù)，如自動(dòng)電路控制、自動(dòng)增益控制、自動(dòng)門(mén)限控制及微通道板保護(hù)技術(shù)等。然 而，現(xiàn)有技術(shù)并不完全適用于星敏感器領(lǐng)域的像增強(qiáng)器保護(hù)，比如星敏感器在使用時(shí)可能 出現(xiàn)太陽(yáng)光直接照射像增強(qiáng)器的情況，此時(shí)即使采用上述強(qiáng)光保護(hù)技術(shù)，強(qiáng)烈的太陽(yáng)光也 可能在上述技術(shù)發(fā)揮作用前的極短時(shí)間內(nèi)直接損壞像增強(qiáng)器，而這種損壞是不可逆轉(zhuǎn)的， 這直接造成高動(dòng)態(tài)星敏感器完全喪失工作能力，進(jìn)而影響飛行器運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至可能致 使飛行器任務(wù)失敗。又如有反射光的隕石、太空垃圾等，雖然其反射光強(qiáng)較太陽(yáng)光弱許多， 直接照射時(shí)并不會(huì)損壞像增強(qiáng)器，但當(dāng)其在視場(chǎng)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)時(shí)同樣可能導(dǎo)致光電陰極 面、熒光屏等疲勞而縮短像增強(qiáng)器的使用壽命，而這會(huì)造成高動(dòng)態(tài)星敏感器無(wú)法達(dá)至預(yù)期 設(shè)計(jì)的使用壽命，從而對(duì)其所在飛行器長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的能力帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)，因此，這類(lèi)強(qiáng) 光保護(hù)的問(wèn)題同樣必須考慮，而現(xiàn)有技術(shù)顯然難以滿(mǎn)足這一需求。綜上所述，以像增強(qiáng)器為 核心元件的高動(dòng)態(tài)星敏感器迫切需要一種有針對(duì)性的強(qiáng)光保護(hù)方法和裝置，而目前該領(lǐng)域 的研宄仍然處于空白狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于：提供一種高動(dòng)態(tài)星敏感器強(qiáng)光保護(hù)的方法與裝置，從根本上 避免了由于高動(dòng)態(tài)星敏感器喪失工作能力而對(duì)飛行器產(chǎn)生影響的可能性，延長(zhǎng)了高動(dòng)態(tài)星 敏感器的使用壽命，也為飛行器長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作創(chuàng)造了有利條件。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高動(dòng)態(tài)星敏感器強(qiáng)光保護(hù)的方法，該方法根據(jù)高 動(dòng)態(tài)星敏感器的特點(diǎn)，將其在使用過(guò)程中可能遇到的強(qiáng)光物體分為兩類(lèi)：軌道和位置已知 的強(qiáng)光物體；軌道和位置未知的強(qiáng)光物體；對(duì)于第一類(lèi)強(qiáng)光物體，由于其位置信息已知，因 此可以主動(dòng)預(yù)測(cè)其位置，并在其進(jìn)入視場(chǎng)前關(guān)閉像增強(qiáng)器，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)光保護(hù)的目的，這類(lèi) 方法可以稱(chēng)為主動(dòng)預(yù)測(cè)保護(hù)法；而對(duì)于第二類(lèi)強(qiáng)光物體，由于其位置信息未知，其是否出現(xiàn) 在視場(chǎng)內(nèi)完全是隨機(jī)的，因而不能采用主動(dòng)預(yù)測(cè)保護(hù)法實(shí)現(xiàn)強(qiáng)光保護(hù)，考慮到第二類(lèi)強(qiáng)光 物體的出射光強(qiáng)較第一類(lèi)弱許多，故而不會(huì)直接損壞像增強(qiáng)器，只有當(dāng)其在視場(chǎng)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間 出現(xiàn)才可能導(dǎo)致像增強(qiáng)器的疲勞，因此可以通過(guò)軟件的方式實(shí)時(shí)判斷，當(dāng)視場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)包含 的像素個(gè)數(shù)大于某一閾值的目標(biāo)時(shí)，即判定該目標(biāo)為第二類(lèi)強(qiáng)光物體，隨即關(guān)閉像增強(qiáng)器， 從而實(shí)現(xiàn)針對(duì)第二類(lèi)強(qiáng)光物體的保護(hù)目的，這類(lèi)方法可以稱(chēng)為目標(biāo)判定保護(hù)法。
[0008] 本發(fā)明另外提供一種高動(dòng)態(tài)星敏感器強(qiáng)光保護(hù)的裝置，該裝置包括光電二極管陣 列，光電二極管陣列成圓周狀均勻分布在高動(dòng)態(tài)星敏感器探測(cè)器的圓周邊緣上，其分布數(shù) 量、相鄰?qiáng)A角由光電二極管的尺寸與探測(cè)器的尺寸決定，并且為該光電二極管陣列配置相 應(yīng)的驅(qū)動(dòng)與信號(hào)提取電路。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0010] 本發(fā)明針對(duì)高動(dòng)態(tài)星敏感器實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的兩類(lèi)強(qiáng)光物體分別提出兩種 保護(hù)方法：主動(dòng)預(yù)測(cè)保護(hù)法，采用該方法可避免第一類(lèi)強(qiáng)光物體出射光光強(qiáng)過(guò)大而損壞像 增強(qiáng)器，進(jìn)而從根本上避免了由于高動(dòng)態(tài)星敏感器喪失工作能力而對(duì)飛行器產(chǎn)生影響的可 能性；目標(biāo)判定保護(hù)法，采用該方法，可避免第二類(lèi)強(qiáng)光物體由于長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)在視場(chǎng)內(nèi)而導(dǎo) 致像增強(qiáng)器疲勞，從而極大的延長(zhǎng)了高動(dòng)態(tài)星敏感器的使用壽命，也為飛行器長(zhǎng)期穩(wěn)定的 工作創(chuàng)造了有利條件。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為強(qiáng)光物體分類(lèi)及保護(hù)方法示意圖；
[0012] 圖2為主動(dòng)預(yù)測(cè)保護(hù)法實(shí)施流程圖；
[0013] 圖3為開(kāi)啟強(qiáng)光保護(hù)環(huán)節(jié)流程示意圖；
[0014] 圖4為臨界夾角判定示意圖；
[0015] 圖5為關(guān)閉強(qiáng)光保護(hù)環(huán)節(jié)流程示意圖；
[0016] 圖6為光電二極管陣列分布不意圖；
[0017] 圖7為目標(biāo)判定保護(hù)法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0019] 根據(jù)高動(dòng)態(tài)星敏感器的特點(diǎn)，將其在使用過(guò)程中可能遇到的強(qiáng)光物體分為兩類(lèi)： 軌道和位置已知的強(qiáng)光物體，如太陽(yáng)、月球、火星等；軌道和位置未知的強(qiáng)光物體，如有反射 光的隕石、太空垃圾等。對(duì)于第一類(lèi)強(qiáng)光物體，由于其位置信息已知，因此可以主動(dòng)預(yù)測(cè)其 位置，并在其進(jìn)入視場(chǎng)前關(guān)閉像增強(qiáng)器，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)光保護(hù)的目的，這類(lèi)方法可以稱(chēng)為主動(dòng) 預(yù)測(cè)保護(hù)法。而對(duì)于第二類(lèi)強(qiáng)光物體，由于其位置信息未知，其是否出現(xiàn)在視場(chǎng)內(nèi)完全是隨 機(jī)的，因而不能采用主動(dòng)預(yù)測(cè)保護(hù)法實(shí)現(xiàn)強(qiáng)光保護(hù)?？紤]到第二類(lèi)強(qiáng)光物體的出射光強(qiáng)較 第一類(lèi)弱許多，故而不會(huì)直接損壞像增強(qiáng)器，只有當(dāng)其在視場(chǎng)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)才可能導(dǎo)致像 增強(qiáng)器的疲勞，因此可以通過(guò)軟件的方式實(shí)時(shí)判斷，當(dāng)視場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)包含的像素個(gè)數(shù)大于某 一閾值的目標(biāo)時(shí)，即判定該目標(biāo)為第二類(lèi)強(qiáng)光物體，隨即關(guān)閉像增強(qiáng)器，從而實(shí)現(xiàn)針對(duì)第二 類(lèi)強(qiáng)光物體的保護(hù)目的，這類(lèi)方法可以稱(chēng)為目標(biāo)判定保護(hù)法。
[0020] 概括起來(lái)，如圖1所示，本發(fā)明的目的在于，提出一種有針對(duì)性的高動(dòng)態(tài)星敏感器 強(qiáng)光保護(hù)的方法與裝置，能夠簡(jiǎn)便、有效且全面的保護(hù)像增強(qiáng)器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)高動(dòng)態(tài)星敏 感器的目的，從而大大延長(zhǎng)其使用壽命。
[0021] 1)主動(dòng)預(yù)測(cè)保護(hù)法
[0022] 主動(dòng)預(yù)測(cè)保護(hù)法是針對(duì)高動(dòng)態(tài)星敏感器在使用中的第一類(lèi)強(qiáng)光物體，即軌道和位 置已知的強(qiáng)光物體（如太陽(yáng)、月球、火星等）的保護(hù)方法，共分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，即正常工作狀態(tài) 下主動(dòng)預(yù)測(cè)強(qiáng)光物體位置并判別是否啟動(dòng)強(qiáng)光保護(hù)的環(huán)節(jié)以及是否關(guān)閉強(qiáng)光保護(hù)并恢復(fù) 正常工作狀態(tài)的環(huán)節(jié)，為敘述方便，將上述兩個(gè)環(huán)節(jié)分別簡(jiǎn)稱(chēng)為開(kāi)啟強(qiáng)光保護(hù)環(huán)節(jié)和關(guān)閉 強(qiáng)光保護(hù)環(huán)節(jié)。
[0023]完整的像增強(qiáng)器主動(dòng)預(yù)測(cè)保護(hù)法的具體實(shí)施流程如圖2所示。圖2中，高動(dòng)態(tài)星 敏感器開(kāi)機(jī)工作后，主要包含兩個(gè)工作狀態(tài)：正常工作狀態(tài)，即星敏感器完成全天球星圖識(shí) 另IJ、快速跟蹤與姿態(tài)確定等常規(guī)功能，光電二極管陣列保持關(guān)閉狀態(tài)以降低功耗；強(qiáng)光保護(hù) 狀態(tài)，即視場(chǎng)內(nèi)存在強(qiáng)光物體，星敏感器關(guān)閉，光電二極管陣列開(kāi)啟。由圖2可知，關(guān)閉強(qiáng)光 保護(hù)環(huán)節(jié)用以判定高動(dòng)態(tài)星敏感器是否由強(qiáng)光保護(hù)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至正常工作狀態(tài)，而開(kāi)啟強(qiáng)光 保護(hù)環(huán)節(jié)則用以判定是否由正常工作狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至強(qiáng)光保護(hù)狀態(tài)。需要注意的是，高動(dòng)態(tài)星 敏感器開(kāi)機(jī)工作后，由于缺失先驗(yàn)知識(shí)，為安全起見(jiàn)，其初始工作狀態(tài)為強(qiáng)光保護(hù)狀態(tài)，待 判定視場(chǎng)內(nèi)不存在強(qiáng)光物體后，再行跳轉(zhuǎn)至正常工作狀態(tài)，這一過(guò)程開(kāi)機(jī)后僅執(zhí)行一次。下 面對(duì)上述兩個(gè)環(huán)節(jié)分別進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0024] (1)開(kāi)啟強(qiáng)光保護(hù)環(huán)節(jié)
[0025]根據(jù)星敏感器的工作特點(diǎn)，在正常工作狀態(tài)中能夠提前預(yù)測(cè)第一類(lèi)強(qiáng)光物體（如 太陽(yáng)、月球、火星等）的位置，可以在其進(jìn)入視場(chǎng)前主動(dòng)關(guān)閉像增強(qiáng)器，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)光保護(hù) 的目的。圖3為開(kāi)啟強(qiáng)光保護(hù)環(huán)節(jié)流程示意圖，圖中虛線(xiàn)框中部分即為開(kāi)啟強(qiáng)光保護(hù)環(huán)節(jié) 實(shí)施步驟，下面加以詳細(xì)說(shuō)明。不失一般性，以太陽(yáng)為例進(jìn)行計(jì)算，其余強(qiáng)光物體的計(jì)算過(guò) 程與此類(lèi)同。
[0026]①計(jì)算太陽(yáng)在天球坐標(biāo)系下的位置（赤經(jīng)、赤煒）
[0027]假設(shè)地球運(yùn)動(dòng)是一個(gè)純橢圓，即忽略月球及行星攝動(dòng)。設(shè)JD是當(dāng)前儒略日數(shù)，T為 J2000起算的儒略世紀(jì)數(shù)，則有如下公式：
[0028] T= (JD-ki) /k2 (1)
[002