[發(fā)明專利]基于莫爾條紋的雙軸數(shù)字式太陽敏感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310180201.X
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN103292777A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孔令勝;金光;王天聰;鐘興;劉春雨;張元
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00
• 代理公司: 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 王丹陽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器上姿態(tài)測量控制系統(tǒng)中的姿態(tài)敏感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于莫爾條紋的雙軸數(shù)字式太陽敏感器。

背景技術(shù)

太陽敏感器是以太陽為基準(zhǔn)方位，測量太陽視線與衛(wèi)星等航天器某一體軸或坐標(biāo)平面之間夾角的一種姿態(tài)敏感器，主要有模擬式、出現(xiàn)式和數(shù)字式三種類型。近年來隨著航天任務(wù)對航天器相對于太陽的姿態(tài)測量精度和測量可靠性的要求越來越高，數(shù)字式太陽敏感器以其視場大、精度高、壽命和可靠性等優(yōu)勢而得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字式太陽敏感器可分為單軸和雙軸數(shù)字式太陽敏感器，其中雙軸數(shù)字式太陽敏感器常采用面陣CMOS?APS圖像傳感器加小孔來實現(xiàn)對太陽方位角的測量，如圖1所示，成像部分主要由光學(xué)掩膜7和光探測器8組成，單個小孔下很難做到高精度與大視場同時實現(xiàn)，而且抗干擾能力比較差，而對于小孔陣列式太陽敏感器，如圖2所示，它由于多個測量值的平均作用可以提高測量精度，在同樣的測量精度下，可以允許降低單個小孔的測量精度，即可以減小光線引入器到光探測器8的距離，這樣做不僅擴(kuò)大了視場角，而且也減小了敏感器的體積，緩解了大視場與高精度的矛盾，但其也會帶來視場區(qū)域如何區(qū)分的問題，隨之帶來的是算法復(fù)雜和計算時間增加的缺點(diǎn)，而且在太陽入射角度變大時，探測器探測到的太陽光能量也在下降，這也會影響到測量精度，同時，在太陽入射角變大時，光斑質(zhì)心算法精度也在下降。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有采用面陣CMOS?APS圖像傳感器加小孔測量太陽方位角的雙軸數(shù)字式太陽敏感器存在的高精度與大視場無法同時實現(xiàn)、測量精度相對較低的問題，本發(fā)明提供一種高精度、大視場且抗干擾能力強(qiáng)的基于莫爾條紋的雙軸數(shù)字式太陽敏感器。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

基于莫爾條紋的雙軸數(shù)字式太陽敏感器，包括：

外殼；

設(shè)置在所述外殼內(nèi)部的用于計算太陽方位角的信號處理單元和用于傳輸莫爾條紋圖像的圖像傳感器，所述圖像傳感器與信號處理單元電連接；

均固定在所述外殼外部并分別與所述信號處理單元電連接的兩個接口單元，所述兩個接口單元中的一個用于傳輸太陽方位角，另一個用于給所述信號處理單元供電；

還包括設(shè)置在所述外殼內(nèi)部且相互平行的兩個網(wǎng)格光柵，所述兩個網(wǎng)格光柵之間設(shè)置有環(huán)狀墊片，所述環(huán)狀墊片與兩個網(wǎng)格光柵接觸的邊緣采用螺釘固定，兩個網(wǎng)格光柵的節(jié)距相等，其中一個網(wǎng)格光柵的光柵面與所述圖像傳感器的工作面貼緊，兩者的接觸邊緣先點(diǎn)膠再采用螺釘固定。

所述兩個網(wǎng)格光柵均采用美國邦納光柵，為每毫米100線的黑白光柵，尺寸為20mm×20mm。

所述兩個網(wǎng)格光柵之間的間距為0.5mm。

所述圖像傳感器采用Fillfactory公司的型號為STAR1000的圖像傳感器。

所述兩個接口單元均為帶有螺紋孔接口的接插件。

本發(fā)明的有益效果是：

1、莫爾條紋具有平均效應(yīng)，因此該太陽敏感器抗干擾能力強(qiáng)，局部的雜光噪聲和電子噪聲都可以通過平均效應(yīng)消除，還可以減小光柵柵距局部誤差的作用；

2、當(dāng)太陽入射角度變大時，圖像傳感器感應(yīng)能量下降，但莫爾條紋最亮位置判定屬于圖像整體的判定，圖像灰度下降對其沒有影響；

3、由于莫爾條紋的平均效應(yīng)，姿態(tài)角分辨率比傳統(tǒng)的雙軸數(shù)字式太陽敏感器高很多；

4、本發(fā)明的太陽敏感器能同時實現(xiàn)高精度與大視場需求，測量精度較高。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有雙軸小孔式數(shù)字式太陽敏感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有雙軸小孔陣列式數(shù)字式太陽敏感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的基于莫爾條紋的雙軸數(shù)字式太陽敏感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的基于莫爾條紋的雙軸數(shù)字式太陽敏感器的原理示意圖；

圖5為在圖像傳感器上投影的莫爾條紋的示意圖。

圖中：1、第一網(wǎng)格光柵，2、第二網(wǎng)格光柵，3、圖像傳感器，4、信號處理單元，5、接口單元，6、外殼，7、光學(xué)掩膜，8、光探測器。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。