[發(fā)明專利]數(shù)字式太陽敏感器光線引入器及其框架結(jié)構(gòu)件和安裝方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310192868.1
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號: CN103323000A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳龍江;鄭循江;徐少勇;梁為升;吳迪;董時;杜偉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海新躍儀表廠
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間光學(xué)姿態(tài)敏感器的光機(jī)系統(tǒng)研制領(lǐng)域，具體地，涉及一種數(shù)字式太陽敏感器光線引入器及其框架結(jié)構(gòu)件和安裝方法。

背景技術(shù)

數(shù)字式太陽敏感器是通過測量太陽光線矢量相對于敏感器光軸的矢量方位，再經(jīng)過姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣換算，得到太陽光線矢量和衛(wèi)星等空間飛行器本體體軸之間的夾角，完成空間飛行器平臺相對于太陽光線矢量、地球慣性坐標(biāo)系的兩軸姿態(tài)。

作為空間飛行器姿態(tài)、軌道控制系統(tǒng)中一種重要的姿態(tài)敏感器，數(shù)字式太陽敏感器在通信、遙感、科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)等眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用：

數(shù)字式太陽敏感器可為空間飛行器在給定視場內(nèi)進(jìn)行太陽有無的判斷，也可用來為其它光學(xué)敏感器（如星敏感器、紫外敏感器、紅外地球敏感器等）的視場提供監(jiān)護(hù)，可對星敏感器、紅外地平儀的太陽入射光線進(jìn)行保護(hù)控制。它還能用于太陽望遠(yuǎn)鏡一類的有效載荷與太陽帆板的精確定向控制，并產(chǎn)生開關(guān)和時標(biāo)信號，確定空間飛行器在自旋過程中的相位基準(zhǔn)，測定飛行器的自旋轉(zhuǎn)速和角度等姿態(tài)數(shù)據(jù)。

作為數(shù)字式太陽敏感器的光學(xué)傳導(dǎo)部件，光線引入器對空間太陽光線矢量進(jìn)行收集，通過其中濾光片的濾光孔進(jìn)行小孔成像，形成符合要求的目標(biāo)太陽光斑，成像在光電探測器的光敏面上。太陽光線矢量在探測器光敏面上所成光斑圖像的圖像質(zhì)量(光斑大小、光譜分布特性、光斑邊沿圓度、灰度均勻性)主要取決于光線引入器的光學(xué)、結(jié)構(gòu)特性及探測器的光電轉(zhuǎn)換特性。

對于數(shù)字式太陽敏感器來說，當(dāng)確定了光電探測器的型號后，則目標(biāo)太陽光斑的圖像質(zhì)量會受到如下因素：光線引入器的光闌口徑，濾光片透過率，濾光孔大小及邊緣平整度，濾光片光學(xué)工作面與探測器光敏面之間的距離、平行度等光機(jī)指標(biāo)的直接、顯著影響。

數(shù)字式太陽敏感器都是針對固定軌道飛行器任務(wù)的設(shè)計(jì)，其光、機(jī)、電設(shè)計(jì)參數(shù)都采用固定值，然后通過標(biāo)定算法進(jìn)行校正。

對于數(shù)字式光電敏感器類測量儀器來說，其測量時的誤差來源包括以下幾個方面：光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、裝配誤差；光學(xué)系統(tǒng)和面陣探測器所組成光電探頭內(nèi)部的裝調(diào)誤差；光學(xué)系統(tǒng)在實(shí)際成像過程中的光學(xué)畸變所導(dǎo)致的太陽光斑形狀、強(qiáng)度分布誤差；光電探頭與敏感器整機(jī)結(jié)構(gòu)的安裝基準(zhǔn)面之間的裝調(diào)誤差；數(shù)字太敏后端硬件電路系統(tǒng)噪聲引起的誤差，主要是數(shù)字太敏內(nèi)部電路系統(tǒng)的暗電流噪聲；數(shù)字太敏后臺處理電路針對面陣探測器光敏面上的光學(xué)圖像所使用處理算法、軟件對誤差的修正能力。

對于傳統(tǒng)數(shù)字式太陽敏感器來說，上述誤差源都比較大，導(dǎo)致已有產(chǎn)品的測量精度都不高。而且，傳統(tǒng)數(shù)字式太陽敏感器的光線引入器一般是利用兩片狹縫式光學(xué)濾光片和線陣探測器，或兩片濾光片和面陣型探測器，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)件，進(jìn)行光機(jī)裝調(diào)而成，而對光學(xué)工作面和探測器光敏面之間的平行度不做具體要求，導(dǎo)致測量時的初始偏移誤差比較大。另一方面，由于一般的線陣或面陣型光電探測器的光敏面上方，會有一塊密封防護(hù)用的寶石光學(xué)保護(hù)窗口(Glass?Window)，在光敏面與寶石光學(xué)保護(hù)窗口的中間密封著空氣、氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w，用于實(shí)現(xiàn)對探測器光敏面的熱學(xué)保護(hù)和壓差隔離。在數(shù)字太陽敏感器的工作過程中，該寶石保護(hù)蓋會對太陽光線形成折射，導(dǎo)致光敏面中的目標(biāo)光斑出現(xiàn)偏移，光斑質(zhì)心定位不準(zhǔn)，從而形成較大的角度測量誤差。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高集成度、輕小型、高精度、雜散光保護(hù)角大數(shù)字式太陽敏感器所使用的高性能光線引入器框架結(jié)構(gòu)件。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于數(shù)字式太陽敏感器光線引入器的框架結(jié)構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)件包括：

框架結(jié)構(gòu)件的正面：是用于安裝光學(xué)保護(hù)窗口的正面臺階，該正面為光學(xué)保護(hù)窗口安裝臺階，由扇面型導(dǎo)流槽、輪輻型分布的承載端面及導(dǎo)流孔組成，其中使用三廂扇面型承載端面作為光學(xué)保護(hù)窗口的接觸承載面，反面三廂輻射對稱分布的導(dǎo)流孔用于注入光學(xué)結(jié)構(gòu)膠，導(dǎo)流槽用于儲存光學(xué)結(jié)構(gòu)膠，光學(xué)結(jié)構(gòu)膠固化后在濾光片和框架結(jié)構(gòu)件之間形成強(qiáng)度適中、分布均勻的粘結(jié)力，以保證光學(xué)保護(hù)窗口的位置精度和安裝強(qiáng)度；

框架結(jié)構(gòu)件的反面：該反面是安裝APS探測器的承載面，在光學(xué)保護(hù)窗口下表面和APS探測器光敏面之間，處于光敏面光敏區(qū)域立體視場內(nèi)的所有反射面，均設(shè)有致密的消光紋，噴涂了APS探測器敏感波段內(nèi)平均消光率>96%的消光涂層。