一种用于全天时星光导航的星光定向仪结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于全天时星光导航的星光定向仪结构，即一种用于全天时星光导航的星光定向仪，属于导航控制技术领域。
【背景技术】
[0002]导航是将运载体按预定的计划与要求，从起始点引导到目的地的过程。用来完成上述引导任务的设备统称为导航系统。
[0003]现有的导航系统包括惯性导航(INS)、卫星导航、天文导航(CNS)、地形辅助导航(TAN)等，每一种导航方式均有其优势和不足。
[0004]天文导航是一种古老而又现代的导航方式，它通过光电探测设备实时检测星体，通过星图识别等处理可以解算航行体的位置与航向，是一种自主式被动无源的导航方法。
[0005]现有的一种星光定向仪采用单个探头，由于单个探头的小视场限制，导致探测到导航星的概率小，接收到的导航星光子数量少，探头的灵敏度低；
[0006]现有的另一种星光导航技术使用单探头结合伺服转动机构来规避太阳直射光和寻找导航星，但伺服转动机构限制了整机重量和功耗，使导航精度无法进一步提高，无法适应导航需求；
[0007]现有的星光定向仪采用分体式结构，电路单元与探头分离，数据处理速度低，长距离传输导致微弱信号衰减大，并导致星光定向仪结构重量高、体积大。
【发明内容】
[0008]本发明解决的技术问题为:克服现有技术不足，提供一种用于全天时星光导航的星光定向仪结构，通过双视场组合的方式提高了探头的灵敏度，并且两个探头之间夹角为90度，有利于提高探头观测到导航星的概率、增大探测到导航星光子的数量，从而提高观测精度。采用一体化电路单元提高数据处理速度，减小星光定向仪的体积，扩展星光定向仪的使用范围。本发明简化了结构形式，具有提高探头观测精度、安装误差可精确测量、提高探测灵敏度、提高星光定向仪导航精度等优点。
[0009]本发明解决的技术方案为:一种用于全天时星光导航的星光定向仪结构，包括主结构、探头组件、辅助支撑组件和电路单元；
[0010]星光定向仪选择近红外波段为探测波段；
[0011]所述主结构，为探头组件、辅助支撑组件和电路单元提供支撑固定；
[0012]所述探头组件共两套，彼此成180度对称分布，二者夹角为90度，仰角均为45度，分别指向不同天区；每套探头组件包括探测器、探头电路板、镜座和光学系统，镜座用于安装光学系统，镜座内表面黑色阳极氧化处理，使黑体发射系数4 2 0.85;光学系统安装于镜座前端，将导航星光子收集到探测器敏感面，探测器敏感导航星光子；
[0013]所述辅助支撑组件为光学系统提供辅助支撑；
[0014]所述电路单元包括二次电源模块、光电转换模块、模数转换模块、制冷模块和DPU处理模块；
[0015]二次电源模块为光电转换模块、模数转换模块、制冷模块和DPU处理模块供电；
[0016]光电转换模块在DPU处理模块所提供驱动信号控制下，接收探测器敏感的导航星光子，将这些导航星光子转换为模拟电压信号，输出到模数转换模块；
[0017]DPU处理模块向光电转换模块和模数转换模块提供驱动信号，基于PID控制算法产生数字控制量并提供给制冷模块；
[0018]制冷模块在DPU处理模块提供的数字控制量控制下，产生控制电流，并输出给光电转换模块的制冷器，实现光电转换模块制冷；
[0019]模数转换模块在DPU处理模块所提供驱动信号的控制下，实现来自光电转换模块的模拟电压信号到数字信号的转换，并将数字信号下传到DHJ处理模块；
[0020]DPU处理模块采集模数转换模块输出的数字信号，对数字信号进行解算得到姿态信息，并接收外部惯导系统的姿态信息，通过坐标系转换可得出地理坐标系下星光定向仪所安装载体的航向信息，通过计算地心矢量在惯性坐标系的关系获得载体的地理位置，实现载体的全天时导航。
[0021]所述主结构具有两个夹角成90度的安装面，用于安装探头组件，保证两个探头组件的仰角均为45度，以提高探测到导航星的概率，降低海洋表面反射所引起杂散光造成的影响，提高导航精度。
[0022]所述探头组件的探测器为红外探测器，敏感红外波段0.94μπι-1.7μπι，以适应0.9μπι?1.7μπι的近红外探测波段和2MASS星表中J波段，即中心波长为1.2μπι的导航星。
[0023]所述电路单元的DPU处理模块中，包括DSP芯片和存储器阵列，用FPGA实现，FPGA产生其他模块的控制信号，接收模数转换模块下传的数字信号，实现对外通讯和数据输出；DSP芯片处理数字信号并完成导航数据计算;存储器阵列存储星表文件、软件代码、程序运行的中间变量以及初始化配置参数。
[0024]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0025](1)本发明创新设计了一种用于全天时星光导航的星光定向仪结构，通过分析星表和太阳散射光的强度，选择合适的视场和探头组件光轴方向，达到与伺服转动机构同样的效果，简化了结构形式，同时探头组件之间的夹角大，有利于提高探头组件观测精度和灵敏度；
[0026](2)本发明提出的星光定向仪结构中，探头组件之间的位置关系通过主结构实现机械方式固定，每个探头组件均设置光学基准镜，安装误差可精确测量，为姿态计算提供补偿，提高导航精度；
[0027](3)本发明针对2MASS星表中J波段的导航星，选择可敏感特定波长的红外探测器，保证导航星波段内较高的量子效率和满阱能力，提高探测到导航星的概率，使星光定向仪的精度更高；
[0028](4)本发明的电路单元各个模块之间协同工作，完成信号采集、数据计算与输出，实现了高度一体化，有利于提高数据处理速度，扩大星光定向仪的适用范围。
【附图说明】
[0029]图1为本发明的总体结构示意图；
[0030]图2的(a)为本发明的探头组件示意图；(b)为本发明的探头组件示意图(剖视)；[0031 ]图3为本发明的主结构(含探测器)示意图；
[0032]图4的(a)为本发明的两个探头组件之间的相对位置关系；(b)为本发明的探头组件仰角示意图；
[0033]图5为本发明的电路单元工作流程图；
[0034]图6为本发明的电路单元组成框图。
【具体实施方式】
[0035]本发明的基本思路为:一种用于全天时星光导航的星光定向仪结构，包括主结构
1、探头组件(含探测器12、探头电路板13、镜座3和光学系统8)、辅助支撑组件(含支撑架5、托环7和压环6)及电路单元;本发明采用双视场组合的方式；电路单元中，光电转换模块接收导航星光子，将其转换为模拟电压信号，输出到模数转换模块;DPU处理模块向光电转换模块和模数转换模块提供驱动信号；制冷模块产生控制电流，实现光电转换模块制冷;模数转换模块实现模拟电压信号到数字信号的转换，并将数字信号下传到DPU处理模块;DPU解算数字信号，输出航向和位置信息。本发明简化了结构形式，具有提高探头观测精度、安装误差可精确测量、提高探测灵敏度、提高星光定向仪导航精度等优点。
[0036]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
[0037]如图1和图2所示，本发明提出一种用于全天时星光导航的星光定向仪结构，包括主结构1、探头组件(含探测器12、探头电路板13、镜座3和光学系统8)、辅助支撑组件(含支撑架5、托环7和压环6)以及电路单元(含二次电源模块、光电转换模块、模数转换模块、制冷模块和DHJ处理模块)；
[0038]如图1、图3、图4(a)和4(b)所示，主结构1具有两个成90度的安装面，用于安装探头组件，保证两个探头组件的仰角(观测高度角)均为45度，彼此之间成180度分布，提高探测到导航星的概率，提高导航精度，降低海洋表面反射引起的杂散光;观测的高度角越小，红外辐射在空气中经过的路径越长，透过率越低，同时地表反射光在空气中的散射越强，过低的观测角还存在大气折射的视差，当光轴方向与太阳直射方向夹角大于45度时，太阳直射光线可不考虑在内；辅助支撑组件包括支撑架5、托环7和压环6，为光学系统8