[发明专利]一种太阳敏感器及其进行姿态测量的方法

说明书

本发明公开了一种太阳敏感器，包括：光学掩膜，带有V字形狭缝，用于通过所述V字形狭缝的两条缝分别滤波并引入第一条太阳光线及第二条太阳光线到线阵图像传感器；线阵图像传感器，用于对入射的太阳光线进行光电转换，并逐个输出各像素的模拟电压值到单片机；所述单片机，用于驱动所述线阵图像传感器并逐个读取各像素的模拟电压值；根据各像素的模拟电压值，提取第一条太阳光线对应的第一交点的中心位置信息和第二条太阳光线对应的第二交点的中心位置信息；根据第一交点的中心位置信息及第二交点中心位置信息，测算出太阳光线在两轴方向的姿态角。本发明既具有小型化和集成化的结构，又能够快速、精确地测量出太阳光线在两轴方向的姿态角；且功耗低、成本低。

技术领域

本发明涉及航空航天领域姿态测量控制系统中的姿态测量技术，尤其涉及一种太阳敏感器及其进行姿态测量的方法。

背景技术

太阳敏感器是卫星上重要的姿态测量光学敏感器；太阳敏感器通过测量太阳相对卫星本体坐标系的位置来确定卫星的姿态，从而为卫星的姿态定位提供参考。

现有技术中，太阳敏感器按工作原理主要可分为如下几种：基于光电池的模拟式太阳敏感器、基于光电码盘的编码式太阳敏感器、基于二维线阵式图像传感器的数字太阳敏感器、余弦式太阳敏感器、基于面阵图像传感器的面阵式数字太阳敏感器和微型面阵式数字太阳敏感器等。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有的太阳敏感器至少存在以下缺陷：

1)模拟式太阳敏感器、编码式太阳敏感器、基于二维线阵式图像传感器的数字式太阳敏感器三种敏感器的重量一般在500g以上，体积与功耗较大、精度低，且容易受地球反照光等杂光的影响。

2)余弦式太阳敏感器，其小型化指标适合微小卫星应用，但是精度太低，且容易受地球反照光等杂光影响，工作可靠性低。

3)随着电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)技术的日益成熟，以面阵CCD或CMOS为图像传感器的面阵式数字太阳敏感器逐渐取代了模拟式太阳敏感器，面阵式数字太阳敏感器不易受杂光干扰，且精度高，重量、体积较模拟式太阳敏感器有了较大幅度的降低，其重量一般在200g-300g，但是对于微小卫星，其体积和重量还是太大了，而且其成本较高，不适合低成本、中低精度的微小卫星应用；为了满足微小卫星的应用要求，研制出了重量只有几十克的微型面阵式数字太阳敏感器，但微型面阵式数字太阳敏感器需要特殊的光电集成工艺，关键芯片需要定制，且芯片定制成本高，从而使这种太阳敏感的使用受到限制。

由此可见，目前亟需一种重量轻、功耗低、成本低且精度高的太阳敏感器，能够应用于纳卫星、皮卫星等微小卫星的姿态测量与控制系统之中。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种太阳敏感器及其进行姿态测量的方法，既具有小型化和集成化的结构，又能够快速、精确地测量出太阳光线的姿态角；且功耗低、成本低。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种太阳敏感器，该太阳敏感器包括：光学掩膜、线阵图像传感器、单片机；所述线阵图像传感器连接于所述光学掩膜和所述单片机之间；其中，

所述光学掩膜，带有V字形狭缝，用于通过所述V字形狭缝的两条缝分别滤波并引入第一条太阳光线及第二条太阳光线到所述线阵图像传感器，其中，所述第一条太阳光线及第二条太阳光线在所述线阵图像传感器的成像面上形成两个交点，每个交点在所述成像面上分布多个像素；

所述线阵图像传感器，用于对入射的太阳光线进行光电转换，并逐个输出各像素的模拟电压值到所述单片机；