[发明专利]一种模拟式太阳敏感器及其设计方法

说明书

本发明的一个实施例公开了一种模拟式太阳敏感器及其设计方法，所述太阳敏感器包括探头和与探头相连的处理电路，所述探头包括光敏电池板和位于其上的光线引入装置，光线引入装置上形成有入射孔，所述设计方法包括：S1：设置太阳敏感器的视场角FOV、所述光线引入装置到光敏电池板的间距以及入射孔的边长；S2：计算光敏电池板输出电流最大值、最小值和最小电流变化率；S3：设置处理电路的负载电阻器的阻值、放大倍数和AD芯片位数。本发明可以快速完成模拟式太阳敏感器探头结构参数、探头输出信号特性、处理电路参数的确定，通过该方法设计出的太阳模拟器能实现实时测量太阳光的入射角。其结构简单，功耗低，且体积较小、造价较低、精度较高。

技术领域

本发明涉及卫星技术领域。更具体地，涉及一种模拟式太阳敏感器及其设计方法。

背景技术

太阳敏感器作为一种较早应用于航天器的姿态测量部件，联合红外地球敏感器、磁强计等部件可以实现卫星的姿态确定。太阳敏感器通过光电转换原理实现太阳矢量在太阳敏感器坐标系的两个方位角的测量，从而给出卫星与太阳间的矢量信息。太阳敏感器分为模拟式和数字式两种，模拟式太阳敏感器一般采用光电池作为敏感元件，相对于采用CCD和APS作为光敏元件的数字式太阳敏感器，虽然精度降低，但是结构、电路和算法的要求也大大简化，且在质量、体积、功耗上优势明显，非常适合中低精度的应用需求，但是如何快速的根据实际需求快速确定模拟式太阳敏感器探头结构参数、探头输出信号特性、处理电路参数成为了亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个实施例提供一种模拟式太阳敏感器的设计方法，所述太阳敏感器包括探头和与探头相连的处理电路，所述探头包括光敏电池板和位于其上的光线引入装置，光线引入装置上形成有入射孔，

所述设计方法包括：

S1：设置太阳敏感器的视场角FOV、所述光线引入装置到光敏电池板的间距以及入射孔的边长；

S2：计算光敏电池板输出电流最大值和最小电流变化率；

S3：根据所述光敏电池板输出电流最大值和最小电流变化率设置处理电路的负载电阻器的阻值、放大倍数和AD芯片位数。

在一个具体实施例中，所述太阳敏感器的视场角FOV、所述光敏电池板与所述光线引入装置的垂直距离h以及入射孔的边长d的关系为：

在一个具体实施例中，所述S2包括：

获取太阳光入射角步长ΔA；

利用所述太阳光入射角步长ΔA均分视场[-α,+α]，得到2α/ΔA+1组入射角度，以及在[0,2π]内以步长ΔA逐步旋转，得到2π/ΔA组入射光线，其中，α为太阳光线与入射孔中心O₂与其在光敏电池板上垂直投影O₁的连线的夹角；

在模拟式太阳敏感器视场[-α,+α]内遍历(2α/ΔA+1)*2π/ΔA组入射光，获取每组入射光对应的入射角度下所述光敏电池板的输出电流，并计算出光敏电池板输出电流最大值I_max、最小值I_min和最小电流变化率ΔI。

在一个具体实施例中，所述光敏电池板包括逆时针排列的第一光敏电池区、第二光敏电池区、第三光敏电池区和第四光敏电池区，所述光敏电池板各区的输出电流为

其中，I₀为所述光敏电池板的响应率，m为太阳光线在光敏电池上投影的中心点在距所述光敏电池板中心点O₁的水平距离，n为太阳光线在光敏电池上投影的中心点在距所述光敏电池板中心点O₁的垂直距离，