[发明专利]高度角自动变化的太阳光照模拟装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳光照模拟领域，具体涉及高度角自动变化的太阳光照模拟装置及方法。

背景技术

太阳为地球提供了绝大多数的能源输入，对全球的气候有巨大的影响。为获取高精度的太阳辐射数据，去除大气层对太阳辐射观测的影响，在轨太阳辐射监测被列入了诸多的航天任务。连续的、高精度的在轨太阳辐射数据将为当代、未来几百年甚至几千年的全球气候研究提供珍贵的原始数据，是全人类的一项长期的、艰巨的任务。为提高在轨太阳辐射测量数据的精度，目前各航天太阳辐射测量仪器纷纷引入太阳跟踪装置来替代扫描测量模式。

如图1所示，是航天器上太阳光高度角和方位角示意图。其中，H是太阳跟踪装置在航天器上的安装基准面，OA是单位太阳矢量，OB是太阳矢量OA在安装基准面H上的投影，OC是矢量OB在安装基准面x轴上的投影，OD是矢量OB在安装基准面y轴上的投影。

太阳高度角指太阳光线与太阳跟踪装置的安装基准面H间的夹角α。

太阳方位角为太阳光线在太阳跟踪装置的安装基准面H上投影与x轴正方向的夹角γ。

在轨太阳跟踪装置的调试、测试、检测离不开太阳光照环境。

利用自然的太阳光照环境来调试、试验、检测太阳跟踪设备，优点是费用较低，但自然光照条件受地理位置、气候因素、环境因素的广泛影响和制约。

目前，为了测试或检测卫星上的在轨太阳跟踪装置，大多数采用“单维转台”的方案。这种方案可以测试太阳跟踪装置单一自由度的性能，“单维转台”的方案主要包括太阳模拟器、单维转台等组件。这种方案的工作原理概述如下。太阳模拟器位置固定，太阳跟踪设备固定在单维转台上。单维转台携带太阳跟踪设备绕转台的轴线以恒定的速率旋转，从而改变入射到太阳跟踪设备光电探测单元中的模拟太阳光高度角，以测试太阳跟踪设备的性能或指向精度。

这种在转台上旋转待测太阳跟踪设备的方法可能危害待测太阳跟踪设备的安全。在连续长时间环境试验中，太阳跟踪设备需要在转台上不断地转动，可能危害太阳跟踪设备中的某些组件。由于转台的连续旋转运动，可能损害电源线、信号线，如拉长、缠绕导致的电气连接线破裂。在长时间的连续试验中，甚至有可能发生太阳跟踪设备跌落转台的严重事故。

发明内容

为了克服现有技术的不足，建立在较长时间内可动态的、高度角自动变化的模拟太阳光照环境，本发明提供一种高度角自动变化的太阳光照模拟装置及方法。

高度角自动变化的太阳光照模拟装置，包括太阳模拟器、平面反射镜、位移传动机构、位移导轨、移动台、旋转传动机构、连接器和控制单元；平面反射镜与旋转传动机构相连，旋转传动机构安装在移动台上；位移传动机构通过连接器固定在移动台上，移动台设置在位移导轨上，控制单元用于控制位移传动机构和旋转传动机构的运动。

高度角自动变化的太阳光照模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：调整太阳模拟器，出射光线水平入射到平面反射镜，太阳模拟器的主光轴CD经过平面反射镜的几何中心；

步骤二：待测太阳跟踪装置放置在水平面上，太阳模拟器的主光轴CD平行于位移导轨的直线运动方向AB且与系统y轴OF垂直，测量太阳跟踪装置到太阳模拟器（10）主光轴CD的垂直距离d；

步骤三：将测量到的距离d传送到控制单元；将初始高度角α_s、高度角变化率α_v、结束高度角α_f、光照模拟时间长度t_L参数传送到控制单元；

步骤四：控制单元根据输入的参数，计算时刻t的期望太阳高度角α_r(t)

α_r(t)=f(t,α_s,α_v,α_f,t_L)

其中函数f( )为计算期望太阳高度角的函数，α_s为初始高度角、α_v为高度角变化率、α_f为结束高度角、t_L为光照模拟时间长度；

 控制单元根据输入的参数，计算时刻t的反射镜期望水平位移x_r(t)