DE3412046A1

DE3412046A1 - Stern- und sonnensensor fuer ein lageregelungssystem

Info

Publication number: DE3412046A1
Application number: DE19843412046
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Phys. 8012 Ottobrunn Czichy; Wilhelm Dipl.-Phys. 8021 Taufkirchen Göschel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1984-03-31
Filing date: 1984-03-31
Publication date: 1985-10-03
Also published as: JPS60229900A; US4618259A; DE3412046C2; FR2562262B1; FR2562262A1

Description

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Stern- und Sonnensensor für ein Lageregelungssystem

Die Erfindung betrifft einen Stern- und Sonnensensor für ein Lageregelungssystem eines Raumflugkörpers.

Zur Bestimmung der Lage eines Satelliten im Weltraum sind optische Detektoren bekannt, die die Position der Sonne oder heller Sterne erfassen und entsprechende Positionsdaten zur Lageregelung des Satelliten liefern. Da die Sonne bei einer Abbildung durch eine Optik als Scheibe erscheint, Sterne jedoch, verglichen mit dem Durchmesser eines Detektorelementes, als Punktlicht-

¹^ quellen erscheinen, sind unterschiedliche elektronische Auswertemethoden und Elektroniken für Stern- und Sonnensensoren erforderlich (z.B. "Development Studies for a Polaris Sensor", Sira Institue Ltd., Juni 1979 und "Technical Description Sun Sensor", MBB/ERNO, 28.11.83).

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Stern- und Sonnensensor für einLageregelungssystem eines Raumflugkörpers zu schaffen, der mit erheblich verringertem elektronischem Aufwand auskommt. Diese Aufgabe gelingt durch einen nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Stern- und Sonnensensor.

Durch die gezielte Einführung einer Aberration in dem Objektiv für den Sternsensor erscheinen auch die nahezu punktförmigen Sterne auf dem Detektorarray als Lichtflecken, wodurch es möglich wird, ein bezüglich Anzahl und Anordnung der Detektorelemente gleiches Detektorarray wie für den Sonnensensor zu verwenden; dies wiederum ermöglicht eine Auswertung der Detektorarrays durch eine einzige Auswerteelektronik, die wechselweise

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mit den Detektorarrays verbunden wird.

Die Aufweitung von punktförmigen Lichtquellen zu Lichtflecken im Sternsensor hat weiterhin den Vorteil, daß eine genauere Winkelbestimmung eines Sterns durchführbar ist, als es aufgrund des Durchmessers eines Detektorelementes möglich erscheint. So beträgt der Durchmesser eines Detektorelementes typischerweise 28 um, welches bei einem Bildfeld des gesamten Detektorarrays mit 256 χ 256 Detektorelementen von typischerweise 5° x. 5° einer Winkelgröße von 70 arcsec entspricht. Da nunmehr durch die Aufweitung der Punktlichquellen stets mehrere Detektorelemente mit unterschiedlicher Intensität beleuchtet werden,läßt sich durch Interpolation eine Genauigkeit von ca. 2 arcsec erreichen.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in den Figuren teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben werden.
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Es zeigen

Fig. 1 einen Raumflugkörper mit einem kombinierten

Stern- und Sonnensensor;
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Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau des kombinierten Stern- und Sonnensensors.

Auf der Oberfläche eines Raumflugkörpers 1 sind die Empfangseinrichtungen 2 und 3 eines Sonnen- und eines Sternsensors angeordnet. Die optischen Achsen der Empfangseinrichtungen 2 und 3 sind so ausgerichtet, daß sie bei einer bestimmten Lage des Raumflugkörpers im Weltraum direkt zur Sonne 4 bzw. auf ein vorbestimmtes Sternenfeld 5 gerichtet sind. Die Empfangseinrichtungen

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2 und 3 sind über elektrische Leitungen 6 und 7 mit einer gemeinsamen Auswerteelektronik 8 verbunden.

Der Aufbau des kombinierten Stern- und Sonnensensors ist in Fig. 2 näher dargestellt. Die Empfangseinrichtungen 2 und 3 weisen jeweils ein Eintrittsobjektiv 2.1 bzw. 3.1 sowie ein in der jeweiligen Bildebene angeordnetes Detektorarray 2.2 bzw. 3.2 auf. Als Detektorarray können sog. Charge'· Coupled Devices (CCD) oder Charge Injection Devices (CID) zur Anwendung kommen. Die Brennweiten der Eintrittsobjektive 2.1 bzw. 3.1 werden bei gleicher Größe der Detektorarrays 2.2 bzw. 3.2 so gewählt, daß mit der auf die Sonne 4 gerichteten Empfangseinrichtung 2 ein Bildfeld von etwa 60° χ 60° erfaßt wird, mit der auf das Sternenfeld gerichteten Empfangseinrichtung 3 ein Bildfeld von etwa 5° κ 5°.

Das Eintrittsobjektiv 3.1 des Sternsensors 3 ist beispielsweise vom Petzval- oder vom Gauss-Typ und enthält eine gezielte Aberration, so daß Sterne auf dem Detektorarray als Lichtfleck mit einem Durchmesser von etwa 2 Detektorelement-Durchmessern abgebildet werden.

Aufgrund dieser Aufweitung von nahezu punktförmigen Lichtquellen zu: Lichtflecken lassen sich die Bilder der Sonne und der Sterne in gleicher Weise auswerten und die Position des jeweiligen Zentrums ermitteln. Dies geschieht wechselweise in der gemeinsamen Auswerteelektronik 8.
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Die für die Empfangseinrichtung 2 und 3 gemeinsame Auswerteelektronik 8 besteht aus einer Abfragesteuerung 8.1, elektronischen Schaltern 8.2 und 8.3, der Prozessorelektronik 8.4, den Datenausgängen 8.5 und 8.6, sowie dem Kommandoeingang 8.7. Die Prozessorelektronik 8.4

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überwacht den Datenverkehr zwischen Satellit und den
Empfangseinrichtungen 2 und 3, nimmt Kommandos vom
Satelliten entgegen, kontrolliert die Abfragesteuerung
und führt die Auswertung der Daten aus, die von der jeweils eingeschalteten Empfangseinrichtung geliefert werden.

Während des Betriebs kann der Satellit über den Eingang 8.7 dem Prozessor 8.4 bestimmte operationeile Moden

vorkommandieren. Sollen zum Beispiel gleichzeitig Stern- und Sonnensensor aktiviert werden, wird vom Prozessor
8.4 die Abfragesteuerung 8.1 derart kommandiert, daß sie über die elektrischen Schalter 8.2 bzw. 8.3 alternierend die Sonnen- bzw. Sternsensordaten, die in digitaler Form vorliegen an die Prozessorelektronik 8.4 durchschaltet. Dort wird, je nach dem welche Daten anstehen, mit speziellen, in diesem Zusammenhang nicht weiter interessierenden Interpolations- und Ausgleichsalgorithmen die
Mittelpunktslage der Lichtflecken ermittelt und über die Ausgänge 8.5 bzw. 8.6 dem Satelliten in digitaler Form

zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise können die Stern- und Sonnensensoren quasi-parallel oder einzeln in unterschiedlichen, vorkommändierbaren Abfragehaufigkeiten ausgelesen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 15 20 25 30

1. Stern- und Sonnensensor für ein Lageregelungssystem eines Raumflugkörpers gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) der Sternsensor (3) weist ein erstes Objektiv (3.1) auf, in dessen Bildebene ein erstes Detektorarray (3.2) angeordnet ist,

b) das Objektiv (3.1) des Sternsensors (3) erzeugt in der Bildebene durch gezielte Ab;erration aus punktförmigen Lichtquellen (Sternen 5) Lichtflecken, deren Durchmesser größer als der Durchmesser eines Detektorelementes ist,

c) der Sonnensensor (2) weist ein zweites Objektiv (2.1) auf, in dessen Bildebene ein zweites Detektorarray (2.2) mit gleicher Anzahl und Anordnung von Detektorelementen wie das erste Detektorarray (3.2) angeordnet ist,

d) das erste und zweite Detektorarray (3.2,2.2) sind über eine Schalteinrichtung (8.2,8.3) wechselweise mit einer einzigen Auswerteelektronik verbunden.

2. Stern- und Sonnensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Objektiv (3.1) eine Korrektur der chromatischen Ab era-

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tion über einen Spektralbereich von 0,3 bis 1,2 μπι aufweist.

3. Stern- und Sonnensensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Objektiv (2.1) eine gezielte sphärische Aberration oder Apodisation aufweist.

4. Stern- und Sonnensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß die Auswerteelektronik (8) durch Interpolation über die von einem Lichtfleck beleuchteten Detektorelemente das Zentrum des Lichtfleckes bestimmt.