[发明专利]光学非线性补偿的模拟式两轴太阳敏感器设计法及敏感器

说明书

技术领域

一种光学非线性补偿的模拟式两轴太阳敏感器设计法及敏感器属于微小型卫星姿态测量与控制系统中太阳敏感器制造领域。

背景技术

模拟式太阳敏感器由于其结构相对简单而测量精度相对较高，成为各种卫星和航天器上最常用和最主要的姿态测量敏感器件。目前广泛使用的模拟式两轴太阳敏感器，其原理如图1所示，太阳光(平行光)通过一个如图所示的方形透光狭缝后，其投影光斑被四象限光电敏感器接收，光电敏感器各个象限的输出信号与太阳光的入射角成非线性函数关系，使要么在很小的角度范围内获得近似线性的高精度测量，要么加大遮光板与四象限光电敏感器之间的距离，同时加大四象限光电敏感器的尺寸，以增加太阳敏感器的体积、重量和牺牲测量精度为代价以获得更大的测量范围。为了实现实际卫星系统提出的大测量范围和高测量精度要同时满足的要求，通常是把低精度(CSS)和高精度(FSS)两类敏感器组合使用，从而增大了整个卫星的体积和重量，也增加了其安装的复杂性和难度，这对于卫星系统，尤其是对于微型和纳型卫星系统将非常敏感。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可同时满足测量范围和测量精度要求的光学非线性补偿的模拟式两轴太阳敏感器设计方法，同时提出了一种体积小，重量轻、视角大、精度高的模拟式两轴太阳敏感器。本发明旨在从根本上修正输入光信号的非线性，以避开后续处理电路非线性补偿时存在的问题，从而把着眼点放在改变透光狭缝的形状上。如果能使透光狭缝单位长度上的通光量按照特定的规律非线性变化，这样当太阳光入射角连续变化时，狭缝的投影将在光电敏感器上产生的非线性位移量有可能与特殊设计的透光狭缝的通光量的非线性变化相互抵消，从而使敏感器最终的输出信号与太阳光入射角有很高的线性相关性。为此，必须从分析传统模拟式两轴太阳敏感器的原理着手，找出其入射角与输出信号呈非线性关系的规律来。当太阳光以一定入射角照射到太阳敏感器遮光板上时，它可以分解为Y、Z轴的平面上的俯仰角η和X、Z轴的平面上的方位角ξ两个分量，由于遮光板的对称中心与下方四象限光电敏感器的中心重合，所以太阳光通过遮光板上的透光狭缝所成的投影在四象限光电敏感器四个象限的分布是不均匀的，与太阳光入射角有关。根据图1，通过计算可得如下函数关系： ξ = - arctg ( L h N ) ; ]]> η = - arctg ( L h M ) ; ]]>其中： N = S 1 + S 4 - ( S 2 + S 3 ) S 1 + S 2 + S 3 + S 4 ; M = S 1 + S 2 - ( S 3 + S 4 ) S 1 + S 2 + S 3 + S 4 ; ]]>