[发明专利]航天器二维太阳敏感器量测的方法

说明书

技术领域

本发明本发明涉及太阳敏感器测量技术，尤其是一种航天器二维太阳敏感器量测的方法。

背景技术

各种近地航天器和深空探测器发展迅速，测量太阳矢量与航天器本体或太阳电池阵的位置关系是必不可少的环节，直接影响航天器在轨能源的获取。因此针对太阳敏感器的合理测量方法至关重要，复杂程度影响工程实现，测量精度直接影响能源获取效果。目前，大多数航天器均配置太阳敏感器，以量测太阳矢量与航天器本体或者太阳电池阵的定量关系，其主要功能为：有效获取能源和全姿态捕获过程中的定位功能。

目前在轨航天器为有效获取能源和全姿态捕获过程中定量量测太阳矢量方位，其比较成熟的测量方法主要有以下两种：

1.如图1所示，以两片电池片的太阳敏感器为例，两片电池片具有一定构型，通过两片电池片的受照强弱差异确定太阳矢量的位置，其测量公式为，a为标定系数，为测量角度，同理确定另一维的测量角度，通过两个测量角度确定太阳矢量方位；

2.如图2所示，以具有四片同等大小电池片的太阳敏感器为例，四片电池片位于同一平面且在“盒子”底部，通过四片电池片的受照面积大小差异确定太阳矢量的位置，其测量公式为，b为标定系数，为测量角度，同理确定另一维的测量角度，通过两个测量角度确定太阳矢量方位。

以上两种成熟的太阳敏感器测量方法广泛应用于航天器测量技术中。第一种方法所用到的太阳敏感器体积较小，视场范围大，适合安装在太阳电池阵上或用于全姿态捕获过程中的对日定向；第二种方法所用到的太阳敏感器体积较大，视场范围小，适合安装在较大的航天器上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航天器二维太阳敏感器量测的方法，能够提高量测太阳矢量方向的精度。

为解决上述问题，本发明提供一种航天器二维太阳敏感器量测的方法，包括：

步骤一，用四片电池片L1、L2、L3、L4组成金子塔型的航天器二维太阳敏感器，并定义航天器二维太阳敏感器的量测坐标系XYZ；

步骤二，在航天器二维太阳敏感器的量测坐标系XYZ下，用第一图形表示太阳矢量RsA与航天器二维太阳敏感器的四片电池片的空间关系；

步骤三，根据第一图形在航天器二维太阳敏感器的量测坐标系XYZ下，用第二图形表示航天器二维太阳敏感器的每片电池片法线和太阳矢量RsA的边角关系；

步骤四，根据第二图形在航天器二维太阳敏感器的量测坐标系下推导每片电池片的电流与两个角度的定量关系，根据所述定量关系确定所述两个角度，其中，所述两个角度分别为太阳矢量在ZOY平面上的投影与Z轴的夹角、太阳矢量在ZOX平面上的投影与Z轴的夹角

进一步的，在上述方法中，步骤三包括：

用AB、AC、AP、AQ分别表示电池片L1、L2、L3、L4的法线，则面ABC即为其法平面，，则AE是太阳矢量在法平面ABC上的投影，面ABC在面ZOY上，面PAQ在面ZOX上，RsG面APQ，则AG为太阳矢量在面PAQ上的投影，F为BC的中点，则AF在Z轴上，，为每片电池片L1、L2、L3、L4分别与金子塔型的航天器二维太阳敏感器的底面的夹角，。

进一步的，在上述方法中，步骤四包括：

设太阳矢量，通过每片电池片输出电流的大小确定，，，，， ，其中，i₁、i₂、i₃、i₄分别为每片电池片L1、L2、L3、L4输出的电流，₁、₂、₃、₄分别为太阳矢量和每片电池片法线的夹角，S是每片电池片的面积，K是比例系数；

根据， 得到如下公式（1）和（2）：

(1)

(2)；

由余弦公式得到公式（3）：

(3)；

由，设，得到公式（4）：

(4)；

由公式(3)和(4)推导出，由于每片电池片L1、L2、L3、L4分别与金子塔型的航天器二维太阳敏感器的底面的夹角已知，得到：

(5)，

根据公式(5)式得到：，与EF的求法同理，得到；

由于，得到， (6)

(7)；

由(1)和(2)式得到： ，，将， 代入公式（6）和（7），得到公式（8）和（9）：

(8)，

(9)，