[發明專利]高度角自動變化的太陽光照模擬裝置及方法

有效

• 申請號: 201210280893.0
• 申請日: 2012-08-08
• 公開（公告）號: CN102789241A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 王紅睿;方偉;王玉鵬;葉新
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明屬于太陽光照模擬領域，具體涉及高度角自動變化的太陽光照模擬裝置及方法。

背景技術

太陽為地球提供了絕大多數的能源輸入，對全球的氣候有巨大的影響。為獲取高精度的太陽輻射數據，去除大氣層對太陽輻射觀測的影響，在軌太陽輻射監測被列入了諸多的航天任務。連續的、高精度的在軌太陽輻射數據將為當代、未來幾百年甚至幾千年的全球氣候研究提供珍貴的原始數據，是全人類的一項長期的、艱巨的任務。為提高在軌太陽輻射測量數據的精度，目前各航天太陽輻射測量儀器紛紛引入太陽跟蹤裝置來替代掃描測量模式。

如圖1所示，是航天器上太陽光高度角和方位角示意圖。其中，H是太陽跟蹤裝置在航天器上的安裝基準面，OA是單位太陽矢量，OB是太陽矢量OA在安裝基準面H上的投影，OC是矢量OB在安裝基準面x軸上的投影，OD是矢量OB在安裝基準面y軸上的投影。

太陽高度角指太陽光線與太陽跟蹤裝置的安裝基準面H間的夾角α。

太陽方位角為太陽光線在太陽跟蹤裝置的安裝基準面H上投影與x軸正方向的夾角γ。

在軌太陽跟蹤裝置的調試、測試、檢測離不開太陽光照環境。

利用自然的太陽光照環境來調試、試驗、檢測太陽跟蹤設備，優點是費用較低，但自然光照條件受地理位置、氣候因素、環境因素的廣泛影響和制約。

目前，為了測試或檢測衛星上的在軌太陽跟蹤裝置，大多數采用“單維轉臺”的方案。這種方案可以測試太陽跟蹤裝置單一自由度的性能，“單維轉臺”的方案主要包括太陽模擬器、單維轉臺等組件。這種方案的工作原理概述如下。太陽模擬器位置固定，太陽跟蹤設備固定在單維轉臺上。單維轉臺攜帶太陽跟蹤設備繞轉臺的軸線以恒定的速率旋轉，從而改變入射到太陽跟蹤設備光電探測單元中的模擬太陽光高度角，以測試太陽跟蹤設備的性能或指向精度。

這種在轉臺上旋轉待測太陽跟蹤設備的方法可能危害待測太陽跟蹤設備的安全。在連續長時間環境試驗中，太陽跟蹤設備需要在轉臺上不斷地轉動，可能危害太陽跟蹤設備中的某些組件。由于轉臺的連續旋轉運動，可能損害電源線、信號線，如拉長、纏繞導致的電氣連接線破裂。在長時間的連續試驗中，甚至有可能發生太陽跟蹤設備跌落轉臺的嚴重事故。

發明內容

為了克服現有技術的不足，建立在較長時間內可動態的、高度角自動變化的模擬太陽光照環境，本發明提供一種高度角自動變化的太陽光照模擬裝置及方法。

高度角自動變化的太陽光照模擬裝置，包括太陽模擬器、平面反射鏡、位移傳動機構、位移導軌、移動臺、旋轉傳動機構、連接器和控制單元；平面反射鏡與旋轉傳動機構相連，旋轉傳動機構安裝在移動臺上；位移傳動機構通過連接器固定在移動臺上，移動臺設置在位移導軌上，控制單元用于控制位移傳動機構和旋轉傳動機構的運動。

高度角自動變化的太陽光照模擬方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一：調整太陽模擬器，出射光線水平入射到平面反射鏡，太陽模擬器的主光軸CD經過平面反射鏡的幾何中心；

步驟二：待測太陽跟蹤裝置放置在水平面上，太陽模擬器的主光軸CD平行于位移導軌的直線運動方向AB且與系統y軸OF垂直，測量太陽跟蹤裝置到太陽模擬器（10）主光軸CD的垂直距離d；

步驟三：將測量到的距離d傳送到控制單元；將初始高度角α_s、高度角變化率α_v、結束高度角α_f、光照模擬時間長度t_L參數傳送到控制單元；

步驟四：控制單元根據輸入的參數，計算時刻t的期望太陽高度角α_r(t)

α_r(t)=f(t,α_s,α_v,α_f,t_L)

其中函數f(?)為計算期望太陽高度角的函數，α_s為初始高度角、α_v為高度角變化率、α_f為結束高度角、t_L為光照模擬時間長度；

?控制單元根據輸入的參數，計算時刻t的反射鏡期望水平位移x_r(t)