[發明專利]一種高精度APS太陽敏感器及其實現方法

有效

• 申請號: 200910079564.8
• 申請日: 2009-03-06
• 公開（公告）號: CN101487699A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 邢飛;尤政;張高飛;孫劍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00;G01C21/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐 寧;關 暢

技術領域

本發明涉及一種航天器姿態的測算領域，特別是關于一種用于姿態測量控制系統的高精度APS太陽敏感器及其實現方法。

背景技術

太陽敏感器是航天器上進行姿態測量的重要器件，現在已經廣泛應用于航天領域，包括航天飛機、地球衛星和深空探測器等。近年來，隨著航天任務的要求，對航天器相對于太陽的姿態測量精度和測量可靠性的要求越來越高，尤其是需要高精度成像的系統，包括偵查衛星、資源和天文觀測衛星以及通信衛星。高精度的太陽光入射角度測量可以實現航天器太陽帆板的準確對日，以保證衛星的最大能量獲取。同時，基于太陽光入射角度測量的對日穩定模式也是絕大多數衛星的一種初始模式和安全模式。

傳統的模擬式太陽敏感器的光敏探測元件采用基于光伏特性的太陽能電池片，模擬量輸出，且精度比較低，抗干擾性也不強，不能滿足航天器姿態控制的大視場和高精度的要求。隨著CCD技術的發展，基于線陣CCD的數字式太陽敏感器也已經出現，并逐漸在航天工程上使用，其精度相對于模擬式太陽敏感器有了一定的提高。

如圖1所示，在數字式太陽敏感器分析中，一般認為太陽敏感器的成像模型為小孔成像模型，即某一時刻t，太陽光經過太陽敏感器的光引入器在探測器上成像，得到唯一的成像點坐標(x_t，y_t)。同時假定太陽敏感器的焦距為f，這樣得到太陽的慣性矢量v_t在太陽敏感器坐標系內矢量為其中(x₀，y₀)為太陽敏感器在太陽光零度角的中心點。

在通常情況下，我們將t時刻的x軸太陽光入射角α_t和y軸太陽光入射角β_t分別表示為：

αt=tan-1(-(xt-x0)f)---(1)]]>

βt=tan-1(-(yt-y0)f)---(2)]]>

在上式中f、x₀、y₀為系統常數，因此兩軸太陽光入射角(α_t，β_t)的精度主要決定于(x_t，y_t)的計算精度。現有的數字式太陽敏感器一般采用單孔或者單縫式的光線引入器，在感光探測器上只會獲得一個像點(x_t，y_t)，太陽敏感器的精度僅取決于單孔的計算精度。當小孔受到干擾時被空間物質堵塞，或者小孔的形貌發生任何變化，均會導致太陽敏感器的精度快速下降，甚至導致太陽敏感器失效。而且當圖像傳感器由于空間輻照等環境問題導致少量像素損壞時，單孔式太陽敏感器的成像點若出現在損壞區域時，也會導致其不能夠正常工作。

發明內容