[發明專利]一種自旋穩定微納衛星用數字式太陽敏感器

有效

• 申請號: 200910085713.1
• 申請日: 2009-05-27
• 公開（公告）號: CN101586954A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發明（設計）人: 郭雷;崔培玲;張翠;全偉;楊照華
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00;G01D5/30;G05B19/042
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 成金玉;盧 紀

技術領域

本發明涉及一種用于自旋穩定微納衛星、以光電碼盤為探測器的數字式太陽敏感器，適用于自旋穩定微納衛星的姿態確定。?

背景技術

太陽的高亮度和高信噪比使得太陽捕獲比較容易實現，不論是三軸穩定衛星，還是自旋穩定衛星，都將太陽敏感器作為姿態確定的主要器件之一。隨著衛星小型化研究的開展以及航天器姿態控制精度的日益提高，傳統的模擬式太陽敏感器在體積、質量和功耗上均無法滿足要求。特別地，自旋穩定衛星在速率阻尼模式后(起旋之前)，衛星的自旋速率只有2°/s，此時“V”型狹縫式太陽敏感器不能確定衛星的姿態。因此微型化、高精度的數字式太陽敏感器逐漸成為國內外科研機構的研究熱點。高精度的太陽敏感器大多以CCD、CMOS、光電碼盤為探測器，但CCD、CMOS器件的動態性能較差，工程上，以CCD、CMOS為探測器的太陽敏感器在高速旋轉衛星上的應用技術還不成熟。本發明采用動態性能好的光電池粘結于光刻格雷碼之下，從而構成光電碼盤作為探測器，其光電碼盤的正交設計擴大了敏感器的視場，敏感器外殼的斜面設計為量測臨界太陽角度90°、180°提供了可能。?

國內用于自旋穩定衛星的數字碼盤式太陽敏感器采用細分碼位的辦法，其視場可達128°，精度可達0.05°，但其電路設計復雜，碼道的細分處理也比較繁瑣，且其視場不能達到全方位角度測量。國外自旋穩定衛星用太陽敏感器以光電碼盤作為探測器，如美國NASA于2006年發射的3顆微小衛星(Space?Technology-5，ST-5)，3顆ST-5微小衛星都是自旋速率為120°/s的自旋穩定衛星，它們所用的太陽敏感器是微型自旋衛星用太陽敏感器(Miniature?Spinning?Sun?Sensor，MSSS)。MSSS是一款比較先進的太陽敏感器，該敏感器以光電碼盤作為探測器，其體積為6.5×5.2×5.1cm³，視場為±89.95°，精度高于0.5°。其內部結構未見相關文獻。數字碼盤式太陽敏感器的精度和視場相互制約，其傳統設計難以滿足微納衛星高精度、全方位角度測量、小體積的要求。?

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種小體積、低成本、高精度、全方位測量角度的自旋穩定微納衛星用數字式太陽敏感器數字碼盤式太陽敏感器。?

本發明的技術解決方案是：一種用于自旋穩定微納衛星用數字式太陽敏感器包括敏感器外殼、探測器、測量縫、指令縫和電路處理子系統；其中探測器由四個光電碼盤組成兩組正交光電碼盤組，包括前垂直光電碼盤、后垂直光電碼盤、前水平光電碼盤、后水平光電碼盤和電路處理子系統；敏感器外殼為長方體，敏感器外殼上表面的前后棱帶有兩個斜面；測量縫刻縫于敏感器外殼的兩個斜面上，且平行于敏感器外殼的上表面；指令縫刻于敏感器外殼上表面的右側，且垂直于測量縫；前垂直光電碼盤和后垂直光電碼盤垂直于敏感器外殼的上表面安裝，且平行于測量縫，前垂直光電碼盤和后垂直光電碼盤的上端面固連于敏感器外殼的上表面，左端面固連于敏感器外殼的左表面，右端面固連于敏感器外殼的右表面，置于敏感器的中部；前水平光電碼盤和后水平光電碼盤垂直于前垂直光電碼盤和后垂直光電碼盤安裝，前水平光電碼盤的前端面固連于敏感器外殼的前表面，后水平光電碼盤的后端面固連于敏感器外殼的后表面，前水平光電碼盤的后端面、后水平光電碼盤的前端面和前垂直光電碼盤的下端面、后垂直光電碼盤的下端面固連；電路處理子系統的上半部分緊挨著前水平光電碼盤和后水平光電碼盤的下表面，垂直于測量縫的太陽光線透過測量縫照射到探測器后輸出電壓信號，該電壓信號經過電路處理子系統的放大、比較、量化、匹配處理即可獲得太陽矢量方向與衛星自旋軸方向的夾角。?

其中前垂直光電碼盤由測量碼道、全開碼道、指令碼道和光電池組成，測量碼道為光刻格雷碼圖案的碼道，位于前垂直光電碼盤的左邊，共十個碼道；全開碼道是無格雷碼圖案，整個碼道均透明，緊挨著測量碼道，并位于測量碼道的右側；指令碼道是無格雷碼圖案，整個碼道均透明，位于整個光電碼盤的右邊，與全開碼道不接鄰，且比全開碼道窄；光電池粘結于測量碼道、全開碼道、指令碼道的下面，用于相應碼道上太陽光線的感應，輸出電壓信號。?

后垂直光電碼盤、前水平光電碼盤、后水平光電碼盤和前垂直光電碼盤的光刻工藝完全相同。?