CN115235456B - 一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及星敏感器，具体涉及一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器，目的是解决现有技术在采集光谱信息或偏振信息时不仅采集效率低，而且容易导致滤光片或偏振片磨损的技术问题。本发明提供一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器，包括光学信息单元、中继转像单元及数据单元，光学信息单元包括半球壳体，以及设置在其球面外侧的球面透镜组阵列，其球面外围依次设置有第一弧形支架和第二弧形支架，第一弧形支架和第二弧形支架上分别设置有多个滤光组件、多个偏振组件，多个滤光组件、多个偏振组件与球面透镜组阵列中某行或某列球面透镜组中球面透镜一一对应。半球壳体两端均设有双重叠步进电机，用于驱动第一弧形支架和第二弧形支架旋转。

Description

一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器

技术领域

本发明涉及星敏感器，具体涉及一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器。

背景技术

星敏感器以恒星为参考源，经过光电成像、星点提取、质心计算、星图识别及姿态确定等步骤，可最终获取恒星姿态信息。根据瑞利散射理论,空气分子散射强度与波长的四次方成反比关系，因而可以利用大气散射、太阳辐射以及恒星目标辐射的光谱特性差异，对光谱进行滤波，选择最佳工作波段，抑制大气散射背景光而保留星光，从而提高恒星背景对比度及恒星探测信噪比。

现有技术中，通常将滤光片或偏振片固定在星敏感器中的透镜上方来对光谱进行滤波，采集光谱信息或偏振信息，而且每次只能采集一种信息。当采用这种传统方式获取光谱信息和偏振信息时，需要先将滤光片固定在透镜上方，在光谱信息采集完成后，再拆下原本固定安装好的滤光片，将偏振片安装在透镜上方，实现偏振信息的采集。当然，也可以先安装偏振片，再安装滤光片，安装次序不会影响采集结果。显然，这种来回拆装的方式不仅费时费力，信息采集效率低，而且容易造成滤光片或偏振片的磨损，进而影响获取目标物体信息时的准确性，降低滤光片或偏振片的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术在采集光谱信息或偏振信息时不仅采集效率低，而且容易导致滤光片或偏振片磨损的技术问题，而提供一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器，其特殊之处在于：

包括沿光路依次设置的光学信息单元、中继转像单元和带图像传感器的数据单元，所述光学信息单元用于将目标物体成像为曲面像，所述中继转像单元用于将所述曲面像转换为平面像，所述带图像传感器的数据单元用于接收所述中继转像单元的平面像信息，并将所述平面像信息转换为数据信息；

所述光学信息单元包括半球壳体，以及设置在其球面外侧的球面透镜组阵列，球面透镜组阵列包括多个按行或列依次排列的球面透镜组；

所述半球壳体的球面外围由内至外依次设置有第一弧形支架和第二弧形支架，所述第一弧形支架和第二弧形支架均与所述半球壳体同心设置，且其宽度均大于所述球面透镜组中球面透镜的直径；所述第一弧形支架上设置有多个滤光组件，所述第二弧形支架上设置有多个偏振组件；或者，所述第一弧形支架上设置有多个偏振组件，第二弧形支架上设置有多个滤光组件；

多个滤光组件、多个偏振组件在第一弧形支架、第二弧形支架上所处的位置，与所述球面透镜组阵列中某行或某列所述球面透镜组中球面透镜一一对应；

所述半球壳体两端均设有双重叠步进电机，每个所述双重叠步进电机的两个外径不同的输出轴，分别与所述第一弧形支架、所述第二弧形支架连接；所述双重叠步进电机的驱动模块用于接收指令，驱动所述第一弧形支架或所述第二弧形支架旋转。

进一步地，多行或多列所述球面透镜组按照行次序或者列次序依次设置行号或列号。

进一步地，还包括控制模块，用于向所述双重叠步进电机的驱动模块发送指令，所述控制模块包括旋转模块和定位模块；

所述旋转模块用于控制所述第一弧形支架或所述第二弧形支架进行旋转：

所述定位模块用于根据多个所述行号或列号控制所述第一弧形支架或所述第二弧形支架，将其旋转定位至与所述球面透镜组阵列某行或列相对应的位置。

进一步地，每个所述球面透镜组均包括镜筒和多块依次层叠设置在镜筒内部的球面透镜。

进一步地，相邻的所述球面透镜组间存在视场重叠。

进一步地，所述中继转像单元包括一组沿光路方向依次设置的透镜。

进一步地，每个所述双重叠步进电机均设置于第一弧形支架、第二弧形支架的内侧，其外输出轴与第一弧形支架连接，内输出轴与第二弧形支架连接。

进一步地，所述滤光组件包括滤光片，多个所述滤光片通过设置在所述第一弧形支架上的第一通孔与其连接；所述第一通孔外侧设有第一压圈，所述第一压圈用于固定所述滤光片。

进一步地，所述偏振组件包括偏振片，多个所述偏振片通过设置在所述第二弧形支架上的第二通孔与其连接；所述第二通孔外侧设有第二压圈，所述第二压圈用于固定所述偏振片。

本发明相比现有技术具有的有益效果：

1、本发明提供的一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器中的球面透镜组阵列、第一弧形支架、第二弧形支架，三者在结构上相对独立，而且，由于第一弧形支架或第二弧形支架分别与球面透镜组阵列的某行或某列相对应，是成行成列获取球面透镜组阵列的信息的。因此获取光谱信息或偏振信息的同时并不会影响图像信息的获取，故此能够实现包括图像、光谱、偏振态的多维信息一体化获取。

2、本发明提供的一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器，通过控制模块控制滤光组件或偏振组件进行旋转，无需拆卸滤光组件或偏振组件后再安装，亦能获取光谱信息或偏振信息。

3、本发明提供的一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器，控制模块能够根据多个预设的行号或列号控制滤光组件或偏振组件旋转定位至与球面透镜组阵列中某行或列相对应的位置，以获取该行或列球面透镜组的光谱信息或偏振信息，不需要手动调整，避免了不必要的误差。

4、本发明提供的一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器，将双重叠步进电机设置在第一弧形支架和第二弧形支架内侧，使得整体结构更加紧凑，易于实现。

附图说明

图1为本发明一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器实施例的示意图；

图2为本发明图1实施例中球面透镜组阵列的结构示意图；

图3为本发明图1实施例中滤光组件的工作示意图；

图4为本发明图1实施例中偏振组件的工作示意图；

图5为本发明图1实施例中第一弧形支架处于旋转状态的结构示意图；

图6为本发明图1实施例中第二弧形支架处于旋转状态的结构示意图；

图7为本发明图1实施例中第一弧形支架和第二弧形支架均处于旋转状态的结构示意图；

附图标记说明：

1-半球壳体，101-球面透镜组阵列，102-双重叠步进电机，103-第一弧形支架，104-第二弧形支架，105-滤光组件，106-偏振组件，2-中继转像单元，3-带图像传感器的数据单元，L-第一弧形支架或第二弧形支架的宽度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地说明。

参照图1和图2，本实施例基于仿生复眼的多维感知星敏感器，包括沿光路依次设置的光学信息单元、中继转像单元2和带图像传感器的数据单元3，其中光学信息单元用于将目标物体成像为曲面像。光学信息单元包括半球壳体1，以及设置在其球面外侧的球面透镜组阵列101。在本实施例中，球面透镜组阵列101包括多个按行或列依次排列的球面透镜组，且每个球面透镜组均包括镜筒和多块依次层叠设置在镜筒内部的球面透镜片，且相邻的球面透镜组间存在视场重叠，即同一目标物体(即恒星)可以被多个球面透镜组同时探测，实现大视场成像的同时还可以获取目标物体的深度信息。由于星敏感器主要应用于远距离恒星成像，球面透镜组的设置会使焦距变长，成像更清晰。

参照图3和图4，半球壳体1球面外围由内至外依次设置有第一弧形支架103和第二弧形支架104，第一弧形支架103和第二弧形支架104均与半球壳体1同心设置，且其宽度L均大于球面透镜组中球面透镜的直径。在本实施例中，第一弧形支架103上设置有多个滤光组件105，第二弧形支架104上设置有多个偏振组件106。在其它实施例中，第一弧形支架103上设置有多个偏振组件106，第二弧形支架104上设置有多个滤光组件105，即用户可以根据需求自行选择安装位置。其中，滤光组件105包括多个滤光片，滤光片用于获取光谱信息，多个滤光片通过设置在第一弧形支架103上的第一通孔与其连接。偏振组件106包括多个偏振片，偏振片用于获取偏振信息，多个偏振片通过设置在第二弧形支架104上的第二通孔与其连接。多个滤光组件105、多个偏振组件106在第一弧形支架103、第二弧形支架104上所处的位置，与球面透镜组阵列101中某行或某列球面透镜组中球面透镜一一对应，用于对该行或列的多个球面透镜组中的球面透镜进行滤波，以获取光谱信息或偏振信息。在本实施例中，第一通孔和第二通孔外侧分别设有第一压圈和第二压圈，方便滤光片或偏振片的拆卸及安装，其中第一压圈用于固定所述滤光片，第二压圈用于固定所述偏振片。

半球壳体1两端均设有双重叠步进电机102，每个双重叠步进电机102的两个外径不同的输出轴，分别与第一弧形支架103、第二弧形支架104连接，在本实施例中，每个双重叠步进电机102均设置于第一弧形支架103、第二弧形支架104的内侧，其外输出轴与第一弧形支架103连接，内输出轴与第二弧形支架104连接。双重叠步进电机102的驱动模块用于接收指令，驱动第一弧形支架103或第二弧形支架104旋转，以使多个滤光组件105或偏振组件106与该行或列球面透镜组中球面透镜一一对应。控制模块用于向双重叠步进电机102发送指令，包括旋转模块和定位模块，旋转模块用于控制第一弧形支架103或第二弧形支架104进行旋转。在实现控制模块时，需要先通过旋转模块确定是否旋转第一弧形支架103或第二弧形支架104，即确定旋转对象。双重叠步进电机102驱动第一弧形支架103或第二弧形支架104旋转有以下三种情况：

如图5所示，旋转第一弧形支架103，使得第一弧形支架103与球面透镜组阵列101的某行或某列同轴，此时光学信息单元能够通过球面透镜组阵列101和滤光组件105获取目标物体的图像信息和光谱信息；

如图6所示，旋转第二弧形支架104，使得第二弧形支架104与球面透镜组阵列101的某行或某列同轴，此时光学信息单元能够通过球面透镜组阵列101和偏振组件106获取目标的图像信息和偏振信息；

如图7所示，旋转第一弧形支架103和第二弧形支架104，第一弧形支架103和第二弧形支架104交间隔非同步旋转，使得第一弧形支架103和第二弧形支架104分别与球面透镜组阵列101的某行或某列球面透镜组中球面透镜一一对应。此时光学信息单元能够通过球面透镜组阵列101、滤光组件105以及偏振组件106，获取目标物体的图像、光谱及偏振态信息。在实际应用中，为了防止信息串扰，滤光组件105和偏振组件106不能同时获取球面透镜组阵列101某一行或某一列的信息。

当然，如果只需要获取目标物体的图像信息，只需使第一弧形支架103和第二弧形支架104均远离球面透镜组阵列101，且多个滤光组件105或偏振组件106不与球面透镜组中球面透镜一一对应即可。

在本实施例中，多行或多列所述球面透镜组按照行次序或者列次序依次设有行号或列号。在通过旋转模块确定旋转对象后，定位模块用于根据多个多个所述行号或列号控制第一弧形支架103或第二弧形支架104，将其旋转定位至与球面透镜组阵列101某行或列相对应的位置，由此实现第一弧形支架103或第二弧形支架104旋转时的精准定位，提高信息采集效率。

所述中继转像单元2包括一组沿光路方向依次设置的第二透镜片，用于将所述光学信息单元形成的曲面像转换为平面像。

所述带图像传感器的数据单元用于接收中继转像单元的平面像信息，并将平面像信息转换为数据信息，该图像传感器具有协助获取五等星或六等星的感光能力，以实现远距离恒星信息的采集。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器，其特征在于：包括沿光路依次设置的光学信息单元、中继转像单元（2）和带图像传感器的数据单元（3），所述光学信息单元用于将目标物体成像为曲面像，所述中继转像单元（2）用于将所述曲面像转换为平面像，所述带图像传感器的数据单元（3）用于接收所述中继转像单元（2）的平面像信息，并将所述平面像信息转换为数据信息；

所述光学信息单元包括半球壳体（1），以及设置在其球面外侧的球面透镜组阵列（101），球面透镜组阵列（101）包括多个按行或列依次排列的球面透镜组；

所述半球壳体（1）的球面外围由内至外依次设置有第一弧形支架（103）和第二弧形支架（104），所述第一弧形支架（103）和第二弧形支架（104）均与所述半球壳体（1）同心设置，且其宽度L均大于所述球面透镜组中球面透镜的直径；所述第一弧形支架（103）上设置有多个滤光组件（105），所述第二弧形支架（104）上设置有多个偏振组件（106）；或者，所述第一弧形支架（103）上设置有多个偏振组件（106），第二弧形支架（104）上设置有多个滤光组件（105）；

多个滤光组件（105）、多个偏振组件（106）在第一弧形支架（103）、第二弧形支架（104）上所处的位置，与所述球面透镜组阵列（101）中某行或某列所述球面透镜组中球面透镜一一对应；

所述半球壳体（1）两端均设有双重叠步进电机（102），每个所述双重叠步进电机（102）的两个外径不同的输出轴，分别与所述第一弧形支架（103）、所述第二弧形支架（104）连接；所述双重叠步进电机（102）的驱动模块用于接收指令，驱动所述第一弧形支架（103）或所述第二弧形支架（104）旋转；

多行或多列所述球面透镜组按照行次序或者列次序依次设置行号或列号；

还包括控制模块，用于向所述双重叠步进电机（102）的驱动模块发送指令，所述控制模块包括旋转模块和定位模块；

所述旋转模块用于控制所述第一弧形支架（103）或所述第二弧形支架（104）进行旋转：

所述定位模块用于根据多个所述行号或列号控制所述第一弧形支架（103）或所述第二弧形支架（104），将其旋转定位至与所述球面透镜组阵列（101）某行或列相对应的位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器，其特征在于：每个所述球面透镜组均包括镜筒和多块依次层叠设置在镜筒内部的球面透镜。

3.根据权利要求2所述的一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器，其特征在于：相邻的所述球面透镜组间存在视场重叠。

4.根据权利要求3所述的一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器，其特征在于：所述中继转像单元（2）包括一组沿光路方向依次设置的透镜。

5.根据权利要求4所述的一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器，其特征在于：每个所述双重叠步进电机（102）均设置于第一弧形支架（103）、第二弧形支架（104）的内侧，其外输出轴与第一弧形支架（103）连接，内输出轴与第二弧形支架（104）连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器，其特征在于：所述滤光组件（105）包括滤光片，多个所述滤光片通过设置在所述第一弧形支架（103）上的第一通孔与其连接；所述第一通孔外侧设有第一压圈，所述第一压圈用于固定所述滤光片。

7.根据权利要求6所述的一种基于仿生复眼的多维感知星敏感器，其特征在于：所述偏振组件（106）包括偏振片，多个所述偏振片通过设置在所述第二弧形支架（104）上的第二通孔与其连接；所述第二通孔外侧设有第二压圈，所述第二压圈用于固定所述偏振片。