CN109186588A - 一种微型多模星敏感器 - Google Patents

Abstract

一种微型多模星敏感器，包含：主体结构，其包含安装底板和安装框架；镜头组件，其安装在主体框架上；电路板组件，其安装在主体框架上；磁强计，其安装在电路板组件上；陀螺，其安装在主体框架上。本发明体积小，重量轻，精度高，成本低，且安装方便，生产效率高，接口简单，增强了微型多模星敏感器的应用性和独立性，可以不但可以满足微型商业卫星的需求，同时可以满足大卫星的要求。

Description

一种微型多模星敏感器

技术领域

本发明涉及空间卫星及天文测量技术领域，特别涉及一种微型多模星敏感器。

背景技术

星敏感器是空间飞行器GNC系统的关键部件，主要用于空间飞行器三轴姿态测量和空间飞行器导航。星敏感器通常由光机结构系统、光电探测及信号处理电路和软件三部分组成，基于计算机视觉测量理论，以恒星稳定的光信号作为输入，以星敏感器本体相对于地心惯性坐标系的三轴姿态信息为输出，从而得到空间飞行器本体相对于地心惯性系的三轴姿态信息。

商业微小卫星同大卫星一样，需要星敏感器为其提供姿态测量系统，但是由于重量和体积一般都比较小，使得配置的单机在质量、体积、功耗等方面受到资源约束，传统的星敏感器不能满足微小卫星的应用需求，设计和研制体积小、重量轻、功耗低的微型星敏感器有着广泛的应用市场。

发明内容

本发明提供一种微型多模星敏感器，体积小，重量轻，精度高，成本低，且安装方便，生产效率高，接口简单，增强了微型多模星敏感器的应用性和独立性，可以不但可以满足微型商业卫星的需求，同时可以满足大卫星的要求。

为了达到上述目的，本发明提供一种微型多模星敏感器，包含：

主体结构，其包含安装底板和安装框架；

镜头组件，其安装在主体框架上；

电路板组件，其安装在主体框架上；

磁强计，其安装在电路板组件上；

陀螺，其安装在主体框架上；

棱镜，其安装在主体框架上。

所述的镜头组件包含：

遮光罩，其以可拆卸方式安装在主体结构的安装框架的顶部；

镜头座，其通过调整垫圈以可拆卸方式安装在主体结构的安装底板的接口法兰上，调整垫圈用于自由调整产品的后工作距，来保证微型星敏感器的成像弥散效果，从而提高质心定位；

镜头，其以可拆卸方式安装在镜头座上，保证光轴的一致性，同时提高镜头力学性能。

所述的电路板组件包含：

多个侧盖板，其以可拆卸方式分别安装在主体结构的安装框架的侧面；

探测器电路印制板，其以可拆卸方式安装在主体结构的安装底板上；

信号处理电路印制板，其安装在侧盖板上，并电性连接探测器电路印制板；

电源电路印制板侧板，其安装在侧盖板上；

所述的探测器电路印制板、信号处理电路印制板和电源电路印制板以围绕镜头的方式安装固定于主体结构上，最大程度节省空间，外侧分别以各自的侧盖板进行保护，通过侧盖板散热。

所述的主体结构为整体铸造，安装框架采用支撑筋结构。

所述的遮光罩内部安装有多层挡光环，用来抑制杂散光进入视场。

所述的探测器电路印制板和信号处理电路印制板之间信号通过柔性层连接，实现印制板之间的阻抗匹配，最大程度消除电路传输噪声，保证信息处理器采集探测器图像高速信号的优良条件。

所述的磁强计以上列直插方式焊接安装在信号处理电路印制板上，供电由信号处理电路印制板单电源提供，其输出的模拟信号经过信息处理板上的采样电路和模数转换电路实现磁场信息采集和处理。

所述的陀螺以可拆卸方式安装在主体结构的安装底板上，且通过电缆连接信号处理电路印制板的电连接器，位置保证陀螺的三轴坐标与主体结构的相应坐标平行。

所述的棱镜以可拆卸方式安装在主体结构的安装底板上，位置保证棱镜的三轴坐标与主体结构的相应坐标平行。

本发明的优点在于：

实现了星敏感器、磁强计、陀螺在轻小型结构和多种数据的集成；其主体结构为一体化高强度铸造设计，满足了适应空间力学环境的要求；其星敏感器测量得到的四元数姿态信息精度满足高精度要求；其陀螺提供的速度、加速度、倾角信息经过与星敏感器的姿态信息融合实现高动态的条件下的姿态数据跟踪输出；其电路印制板内部器件的布局和印制板之间连接方式可以充分节省内部空间，由于没有导线连接可提高信号完整性适合高速图像信号传输和处理，同时可以电路印制板通过四侧盖板散热；调整垫圈的使用可以使得镜头与探测器之间的距离和平面倾斜得到补偿，实现星点成像的高斯弥散分布，从而提高质心定位精度。

附图说明

图1是本发明提供的一种微型多模星敏感器的爆炸图。

图2是本发明提供的一种微型多模星敏感器的整体结构示意图。

具体实施方式

以下根据图1和图2，具体说明本发明的较佳实施例。

目前卫星的基本配置中包含陀螺和磁强计，因此需要相应的安装支架以及供电和通信电缆，占用了卫星的较大空间和功耗。因此若能做到把星敏感器、陀螺和磁强计集成在一个单机产品上，可以节省重量，减小体积。

如图1和图2所示，本发明提供一种微型多模星敏感器，包含：

主体结构1，其包含安装底板13和安装框架14；

镜头组件，其安装在主体框架1上；

电路板组件，其安装在主体框架1上；

磁强计9，其安装在电路板组件上；

陀螺11，其安装在主体框架1上；

棱镜14，其安装在主体框架1上。

所述的镜头组件包含：

遮光罩2，其以可拆卸方式安装在主体结构1的安装框架14的顶部；

镜头座4，其通过调整垫圈5以可拆卸方式安装在主体结构1的安装底板13的接口法兰上；

镜头3，其以可拆卸方式安装在镜头座4上。

所述的电路板组件包含：

多个侧盖板10，其以可拆卸方式分别安装在主体结构1的安装框架14的侧面；

探测器电路印制板6，其以可拆卸方式安装在主体结构1的安装底板13上；

信号处理电路印制板7，其安装在侧盖板10上，并电性连接探测器电路印制板6；

电源电路印制板侧板8，其安装在侧盖板10上。

所述的主体结构1为整体铸造，安装底板13的内侧一面作为光电探测器件安装平面和安装固定镜头座4的基准面，安装底板13的外侧一面用于产品固定和温控。安装框架14上的加强筋支柱可以支撑承受顶部的遮光罩2和侧面的信号处理电路印制板7、电源电路印制板8与侧盖板10的重量。

所述的调整垫圈5用于自由调整产品的后工作距，使得恒星经过镜头3后成像为主要能量集中在3×3的弥散斑图像，且保证在视场各个位置的星点成像均匀对称，即上下、左右，左上与右下、坐下与右上成像的图像以原点为中心对称，从而保证微型星敏感器的成像弥散效果，以提高质心定位。

所述的遮光罩2位于整个产品顶部，通过四个螺钉安装固定于所述的主体结构1上，其内部安装有多层挡光环，可以用来抑制杂散光进入视场。

所述的镜头3和所述的镜头座4安装在所述的安装底板13的接口法兰上，可以保证光轴的一致性，同时可提高镜头力学性能。

所述的探测器电路印制板6、信号处理电路印制板7和电源电路印制板8以围绕镜头3的方式安装固定于主体结构1上，可以最大程度节省空间，外侧分别以各自的侧盖板10进行保护，通过侧盖板10散热。探测器电路印制板6和信号处理电路印制板7之间信号通过柔性层连接，实现印制板之间的阻抗匹配，可最大程度消除电路传输噪声，保证信息处理器采集探测器图像高速信号的优良条件。

探测器位于探测器电路印制板6的中心，要求探测器的像元中心与探测器电路印制板6的几何中心对准，探测器电路印制板6通过安装孔固定于所述主体结构1底部，通过主体结构的设计保证底部中心与光学系统中心对准，从而实现探测器像元面阵与镜头焦距延长线垂直，且相交与像元阵列中心。

图像数据处理器位于所述信号处理电路印制板7的中部，用来完成星点质心位置的计算、产品与外部的交互指令解析，产品内部存储器等电路系统的控制，姿态信息计算器位于所述信号处理电路印制板7的右边，其根据图像处理器提供的星点质心数据，查询存储器中存储的恒星角距等信息计算得到微型多模星敏感器到赤道惯性天球坐标系的姿态信息。

所述的磁强计9以上列直插方式焊接安装在信号处理电路印制板7上，供电由信号处理电路印制板7单电源提供，其输出的模拟信号经过信息处理板上的采样电路和模数转换电路实现磁场信息采集和处理。

所述的陀螺11以可拆卸方式安装在主体结构1的安装底板13的延伸面上，且通过电缆连接信号处理电路印制板7的电连接器12，通过安装孔位置保证陀螺11的三轴坐标与主体结构1的相应坐标平行，陀螺的供电和上电初始化合工作模式配置通过星敏感器内部控制器完成，陀螺输出的角速度、加速度、倾角等姿态数据传输到星敏感器后，经过滤波采样解析，与星敏感器的姿态四元数数据融和。

所述的棱镜14位于主体结构1底部一端基准面上，通过螺钉紧固调节使得棱镜坐标系尽可能的分别平行于产品功能坐标系和机械坐标系，棱镜为六个平面度极高的立方体玻璃，可用来测量产品的安装位置，从而得到产品与卫星主体坐标系之间的安装矩阵。

在本发明的一个较佳实施例中，星敏感器的尺寸如下表所示：

表1机械尺寸表

本发明的微型多模星敏感器不但实现了微小型，质量轻，成本低的设计要求，经过各项测试和试验考核，各项功能性能指标上达到甚至超越了国外主流星敏感器，具体见下表2。

表2本发明提供的微型多模型敏感器与国外主流星敏感器指标对比

本发明的微型多模星敏感器在满足轻小化、星敏陀螺磁强计集成的基础上，星敏感器的精度达到了3”(3σ)，达到了国外主流星敏感器的高端产品精度标准，同时借助陀螺等角速度信息使得动态性能达到了2°/s下可姿态跟踪，达到了国外主流星敏感器的高端动态要求。由于其体积小，重量轻，精度高，成本低，且安装方便，生产效率高，接口简单，增强了微型多模星敏感器的应用性和独立性，可以不但可以满足微型商业卫星的需求，同时可以满足大卫星的要求。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种微型多模星敏感器，其特征在于，包含：

主体结构（1），其包含安装底板（13）和安装框架（14）；

镜头组件，其安装在主体框架（1）上；

电路板组件，其安装在主体框架（1）上；

磁强计（9），其安装在电路板组件上；

陀螺（11），其安装在主体框架（1）上；

棱镜（14），其安装在主体框架（1）上。

2.如权利要求1所述的微型多模星敏感器，其特征在于，所述的镜头组件包含：

遮光罩（2），其以可拆卸方式安装在主体结构（1）的安装框架（14）的顶部；

镜头座（4），其通过调整垫圈（5）以可拆卸方式安装在主体结构（1）的安装底板（13）的接口法兰上，调整垫圈（5）用于自由调整产品的后工作距，来保证微型星敏感器的成像弥散效果，从而提高质心定位；

镜头（3），其以可拆卸方式安装在镜头座（4）上，保证光轴的一致性，同时提高镜头力学性能。

3.如权利要求1所述的微型多模星敏感器，其特征在于，所述的电路板组件包含：

多个侧盖板（10），其以可拆卸方式分别安装在主体结构（1）的安装框架（14）的侧面；

探测器电路印制板（6），其以可拆卸方式安装在主体结构（1）的安装底板（13）上；

信号处理电路印制板（7），其安装在侧盖板（10）上，并电性连接探测器电路印制板（6）；

电源电路印制板侧板（8），其安装在侧盖板（10）上；

所述的探测器电路印制板（6）、信号处理电路印制板（7）和电源电路印制板（8）以围绕镜头（3）的方式安装固定于主体结构（1）上，最大程度节省空间，外侧分别以各自的侧盖板（10）进行保护，通过侧盖板（10）散热。

4.如权利要求1所述的微型多模星敏感器，其特征在于，所述的主体结构（1）为整体铸造，安装框架（14）采用支撑筋结构。

5.如权利要求2所述的微型多模星敏感器，其特征在于，所述的遮光罩（2）内部安装有多层挡光环，用来抑制杂散光进入视场。

6.如权利要求3所述的微型多模星敏感器，其特征在于，所述的探测器电路印制板（6）和信号处理电路印制板（7）之间信号通过柔性层连接，实现印制板之间的阻抗匹配，最大程度消除电路传输噪声，保证信息处理器采集探测器图像高速信号的优良条件。

7.如权利要求3所述的微型多模星敏感器，其特征在于，所述的磁强计（9）以上列直插方式焊接安装在信号处理电路印制板（7）上，供电由信号处理电路印制板（7）单电源提供，其输出的模拟信号经过信息处理板上的采样电路和模数转换电路实现磁场信息采集和处理。

8.如权利要求3所述的微型多模星敏感器，其特征在于，所述的陀螺（11）以可拆卸方式安装在主体结构（1）的安装底板（13）上，且通过电缆连接信号处理电路印制板（7）的电连接器（12），位置保证陀螺（11）的三轴坐标与主体结构（1）的相应坐标平行。

9.如权利要求1所述的微型多模星敏感器，其特征在于，所述的棱镜（14）以可拆卸方式安装在主体结构（1）的安装底板（13）上，位置保证棱镜（14）的三轴坐标与主体结构（1）的相应坐标平行。