[發明專利]一種實現在軌太陽精密跟蹤的系統

有效

• 申請號: 201711194876.4
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107992097B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 宋寶奇;方偉;葉新;楊東軍;隋龍
• 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;G05D3/20;H02P8/12;H02P8/22
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 趙勍毅

本發明實施例公開一種實現在軌太陽精密跟蹤的系統。該系統包括控制單元，用于反饋所獲取的太陽的角度數據的對日角度反饋模塊，且對日角度反饋模塊包括用于接收控制單元的驅動信號而工作的旋轉變壓器，用于實現閉環實時跟蹤在軌太陽的在軌二維跟蹤機構的步距角調整模塊，且在軌二維跟蹤機構的步距角調整模塊包括采用恒流斬波細分方式控制的步進電機。本發明實施例的系統基于旋轉變壓器和恒流斬波細分控制方式，通過閉環控制實現了在軌太陽角度精密反饋和二維跟蹤機構步距角精細調整，進而實現了在軌太陽跟蹤精密測量。

技術領域

本發明涉及太陽輻射測量的技術領域，具體涉及一種實現在軌太陽精密跟蹤的系統。

背景技術

精確定位太陽的方位、實時對日精密跟蹤及長時間進行太陽輻照度測量是太陽輻射測量領域中核心的研究課題。傳統的太陽輻射測量的技術手段大多利用衛星的粗指向進行大體定位，再根據太陽敏感器讀取對日觀測的角度值。當觀測角度滿足要求時，進行觀測；當觀測角度出視場時，停止觀測。而且，由于太陽輻射測量容易受到視場外雜散光的影響，這種傳統的跟蹤測量方式通常采用窄視場角測量方式。這種傳統的跟蹤測量方式不僅跟蹤精度低，且吸收腔溫完全穩定需要一定時間，且每軌連續測量時間也很有限，因此，很難獲取大量有效數據。

目前，載荷儀器主動對日跟蹤成為一種行之有效的新方式。載荷儀器主動對日跟蹤包括兩個核心技術：一時實現對日角度的精密反饋；二是實現二維跟蹤機構精細調整步距角。對日角度的精密反饋可以讀取太陽敏感器數據，但是太陽敏感器為航天測量中單點關鍵部件，在發生故障時需要有備份測量方案。根據衛星提供的在軌太陽矢量角度數據可以換算出對應的太陽高度角，但是，這種換算的精度有限。在軌二維跟蹤機構的步距調整，通常采用步進電機和減速器配合的方式。傳統的步進電機的驅動方式包括三種：單電壓驅動，這種驅動方式需要額外的功耗、電源效率低且功耗高；高低壓切換驅動，這種驅動方式在高低壓切換時電流波形會下凹，動態性能差、輸出力矩低且運行不平穩；恒流斬波閉環控制驅動方式，這種驅動方式的線圈電流基本保持在給定的電流值附件，在低頻時有恒矩輸出、高頻運行性能好且動態響應快、帶負載能力強。但是，這種驅動方式還是無法克服步進電機運行過程中嚴重的振蕩問題。

因此，針對現有的載荷儀器主動對日跟蹤技術所存在的問題，需要提供一種實現在軌太陽精密跟蹤的系統，該系統分別從對日角度的精密反饋和二維跟蹤機構精細調整步距角的兩個方向進行調整，從而解決現有載荷儀器主動對日跟蹤技術的精度低問題。

發明內容

針對現有的載荷儀器主動對日跟蹤技術所存在的問題，本發明實施例提出一種實現在軌太陽精密跟蹤的系統。本發明實施例所提供的實現在軌太陽精密跟蹤的系統基于旋轉變壓器和恒流斬波細分控制方式，通過閉環控制實現了在軌太陽角度精密反饋和二維跟蹤機構步距角精細調整，進而實現了在軌太陽跟蹤精密測量。

該實現在軌太陽精密跟蹤的系統的具體方案如下：一種實現在軌太陽精密跟蹤的系統，包括控制單元，用于輸出驅動信號；對日角度反饋模塊，與所述控制單元連接，接收所述控制單元的驅動信號并反饋所獲取的太陽的角度數據；所述對日角度反饋模塊包括旋轉變壓器，所述旋轉變壓器接收所述控制單元的驅動信號而工作；在軌二維跟蹤機構的步距角調整模塊，與所述控制單元連接，接收所述控制單元的驅動信號并實現閉環實時跟蹤在軌太陽；所述在軌二維跟蹤機構的步距角調整模塊包括步進電機，所述步進電機的驅動方式采用基于斬波恒流的細分方式。

優選地，所述對日角度反饋模塊還包括勵磁信號生成模塊、功率放大及濾波模塊、粗通道解碼模塊和精通道解碼模塊。

優選地，所述控制單元的驅動信號經過所述勵磁信號生成模塊和功率放大及濾波模塊，驅動所述旋轉變壓器工作；所述粗通道解碼模塊和所述精通道解碼模塊分別讀取所述旋轉變壓器的角度數據，并對所述角度數據進行融合獲取太陽的角度數據。

優選地，所述勵磁信號生成模塊采用數字方法生成固定頻率的正弦波，具體的表達式如公式1所示：

公式1：R1-R2＝E₀sinωt