一种全天球视场的太阳敏感器及其太阳矢量的确定方法技术

本发明专利技术提供一种全天球视场的太阳敏感器及其太阳矢量的确定方法，该太阳敏感器包括：主体结构，所述主体结构呈四棱锥台形状，具有四个侧面和一个顶面；装设于所述主体结构的四个侧面和顶面的探头，用于输出电流；以及与各个所述探头通信连接的太阳矢量处理器，用于判断有效探头的数量和太阳矢量在XY面投影所在的象限，并计算出太阳矢量。本发明专利技术的全天球视场的太阳敏感器及其太阳矢量的确定方法，在满足太阳矢量精度要求的情况下，能够减小体积，增大视场，实现全天球4π视场的覆盖。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳矢量的确定领域，特别是涉及一种全天球视场的太阳敏感器及其太阳矢量的确定方法。
技术介绍
太阳敏感器作为卫星控制分系统在入轨初期对日定向模式和应急模式时的主要姿态测量仪器，向卫星提供太阳光矢量相对于星体坐标系或产品坐标系的方位和俯仰角度信息。太阳敏感器以太阳作为观测对象，其主要技术指标为测量视场和测量精度。大的测量视场有利于卫星快速实现对太阳的捕获和定向，或在应急模式下快速实现对太阳的对准。而高的测量精度则表示卫星对太阳指向角度信息的高置信度，完成卫星对太阳的精确定向。随着卫星姿态控制精度要求的日益提高，对太阳敏感器的精度要求必将更高，同时又要求其具有大视场、小体积、低功耗、标准化、模块化的特点，为解决这一问题，国内外研究者提出了一些增大数字式太阳敏感器视场的方案，如将多个太阳敏感器组合成一个太阳敏感器，或者设计特殊的球状掩膜结构，这些设计上的改变虽然增大了太阳敏感器的视场，却也同时带来一些问题，如系统体积、质量及功耗的增加。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种全天球视场的太阳敏感器及其太阳矢量的确定方法，用于解决现有技术中在增大太阳敏感器的视场却带来系统体积、质量及功耗的增加的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术一方面提供一种全天球视场的太阳敏感器，包括：主体结构，所述主体结构呈四棱锥台形状，具有四个侧面和一个顶面；装设于所述主体结构的四个侧面和顶面的探头，用于输出电流；以及与各个所述探头通信连接的太阳矢量处理器，用于判断有效探头的数量和太阳矢量在XY面投影所在的象限，并计算出太阳矢量。优选地，位于所述主体结构顶面的探头的视场为±60°×±60°，位于所述主体结构四个侧面的探头的视场为±45°×±60°。优选地，所述太阳矢量处理器内设有存储模块，所述存储模块内存储有第一类公式和第二类公式；所述太阳矢量处理器判断所述太阳矢量在XY面投影所在的象限为第一象限至第四象限中的任一个时，继续判断有效探头的数量是否为3，若是，则读取所述第一类公式计算求得太阳矢量，若否，则读取第二类公式计算求得太阳矢量；所述第一类公式为：cosα=I1I0,cosβ=I2,4I0,cosγ=I3,5I0]]>所述第二类公式为：cosβ=I2,4I0,cosγ=I3,5I0,]]>cosα=2(cosβ+cosγ)-3-4(cos2β+cos2γ)+4cosβcosγ3]]>其中：I1为第一探头测得的电流值，I2为第二探头测得的电流值，I3为第三探头测得的电流值，I4为第四探头测得的电流值，I5为第五探头测得的电流值；所述太阳矢量为：若在第一象限，Snα=2cosβ-cosα,Smy=2cosγ-cosα,]]>Smz＝cosα；若在第二象限，Smx=-(2cosβ-cosα),Smy=2cosγ-cosα,]]>Smz＝cosα；若在第三象限，Smx=2cosβ-cosα,Smy=-(2cosγ-cosα),]]>Smz＝cosα；若在第四象限，Smx=-(2cosβ-cosα),Smy=-(2cosγ-cosα),]]>Smz＝cosα；其中：Smx，Smy，Smz为太阳矢量的坐标值。优选地，所述存储模块内存储有第三类公式；所述太阳矢量处理器在判断所述太阳矢量在XY面投影不在任一象限中时，则判断第一探头是否有效，若无效则给出无法求解太阳矢量的提示，若有效则继续判断第二探头是否有效，若有效则读取所述第三类公式计算太阳矢量，若无效则继续判断第三探头是否有效，若有效则读取所述第三类公式计算太阳矢量，若无效则继续判断第四探头是否有效，若有效则读取所述第三类公式计算太阳矢量，若无效则继续判断第五探头是否有效，若有效则读取所述第三类公式计算太阳矢量，若无效则给出无法求解太阳矢量的提示；所述第三类公式为：cosα=I1I0,cosβ=I2,4I0,cosγ=I3,5I0,]]>其中：I1为第一探头测得的电流值，I2为第二探头测得的电流值，I3为第三探头测得的电流值，I4为第四探头测得的电流值，I5为第五探头测得的电流值；所述太阳矢量为：若所述第一探头和所述第二探头有效，Smy＝0，Smz＝cosα；若所述第一探头和所述第四探头有效，Smy＝0，Smz＝cosα；若所述第一探头和所述第三探头有效，Smx＝0，Smz＝cosα；若所述第一探头和所述第五探头有效，Smx＝0，Smz＝cosα；其中：Smx，Smy，Smz为太阳矢量的坐标值。优选地，所述探头为硅电池片。本专利技术另一方面还提供了一种全天球视场的太阳敏感器的太阳矢量的确定方法，包括：于太阳敏感器的顶面和四个侧面设置探头，用于输出电流；为五个探头进行顺序编号，确定有效探头的数量；判断太阳矢量在XY面投影所在的象限；以及根据确定的有效探头的数量和太阳矢量投影所在的象限计算出太阳矢量。优选地，于太阳敏感器的顶面和四个侧面设置探头包括：将所述太阳敏感器设置成四棱锥台；设置位于所述四棱锥台顶面的探头的视场为±60°×±60°；设置位于所述四棱锥台四个侧面的探头的视场为±45°×±60°。优选地，若所述太阳矢量在XY面投影所在的象限为第一象限至第四象限中的任一个，继续判断有效探头的数量是否为3，若是，则采用第一类公式计算求得太阳矢量，若否，则采用第二类公式计算求得太阳矢量；所述第一类公式为：cosα=I1I0,cosβ=I2,4I0,cosγ=I3,5I0]]>所述第二类公式为：cosβ=I2,4I0,cosγ=I3,5I0,]]>cosα=2(cosβ+cosγ)-3-4(cos2β+cos2γ)+4cosβcosγ3]]>其中：I1为第一探头输出的电流值，I2为第二探头输出的电流值，I3为第三探头输出的电流值，I4为第四探头输出的电流值，I5为第五探头输出的电流值；所述太阳矢量为：若在第一象限，Smx=2cosβ-cosα,Smy=2c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全天球视场的太阳敏感器，其特征在于，包括：主体结构，所述主体结构呈四棱锥台形状，具有四个侧面和一个顶面；装设于所述主体结构的四个侧面和顶面的探头，用于输出电流；以及与各个所述探头通信连接的太阳矢量处理器，用于判断有效探头的数量和太阳矢量在XY面投影所在的象限，并计算出太阳矢量。

【技术特征摘要】
1.一种全天球视场的太阳敏感器，其特征在于，包括：
主体结构，所述主体结构呈四棱锥台形状，具有四个侧面和一个顶面；
装设于所述主体结构的四个侧面和顶面的探头，用于输出电流；以及
与各个所述探头通信连接的太阳矢量处理器，用于判断有效探头的数量和太阳矢量在XY
面投影所在的象限，并计算出太阳矢量。
2.如权利要求1所述的全天球视场的太阳敏感器，其特征在于，位于所述主体结构的顶
面的探头的视场为±60°×±60°，位于所述主体结构的四个侧面的探头的视场为±45°×
±60°。
3.如权利要求1或2所述的全天球视场的太阳敏感器，其特征在于，所述太阳矢量处理
器内设有存储模块，所述存储模块内存储有第一类公式(或第一公式组)和第二类公式(或
第二公式组)；
所述太阳矢量处理器判断所述太阳矢量在XY面投影所在的象限为第一象限至第四象限
中的任一个时，继续判断有效探头的数量是否为3，若是，则读取所述第一类公式计算求得
太阳矢量，若否，则读取第二类公式计算求得太阳矢量；
所述第一类公式为：
cosα=I1I0,cosβ=I2,4I0,cosγ=I3,5I0;]]>所述第二类公式为：
cosβ=I2,4I0,cosγ=I3,5I0,]]>cosα=2(cosβ+cosγ)-3-4(cos2β+cos2γ)+4cosβcosγ3;]]>其中：I1为第一探头测得的电流值，
α为太阳矢量与顶面探头法线的夹角；
β为太阳矢量与侧面有效探头2或4法线的夹角；
γ为太阳矢量与侧面有效探头3或5法线的夹角；
I2,4为侧面有效探头2或4的电流；
I3,5为侧面有效探头3或5的电流；
所述太阳矢量为：
若在第一象限，Smx=2cosβ-cosα,Smy=2cosγ-cosα,]]>Smz＝cosα；
若在第二象限，Smx=-(2cosβ-cosα),Smy=2cosγ-cosα,]]>Smz＝cosα；
若在第三象限，Smx=2cosβ-cosα,Smy=-(2cosγ-cosα),]]>Smz＝cosα；
若在第四象限，Smx=-(2cosβ-cosα),Smy=-(2cosγ-cosα),]]>Smz＝cosα；
其中：Smx，Smy，Smz为太阳矢量的坐标值。
4.如权利要求3所述的全天球视场的太阳敏感器，其特征在于，所述存储模块内存储有
第三类公式；
所述太阳矢量处理器在判断所述太阳矢量在XY面投影不在任一象限中时，则判断第一
探头是否有效，若无效则给出无法求解太阳矢量的提示，若有效则继续判断第二探头是否有
效，若有效则读取所述第三类公式计算太阳矢量，若无效则继续判断第三探头是否有效，若
有效则读取所述第三类公式计算太阳矢量，若无效则继续判断第四探头是否有效，若有效则
读取所述第三类公式计算太阳矢量，若无效则继续判断第五探头是否有效，若有效则读取所
述第三类公式计算太阳矢量，若无效则给出无法求解太阳矢量的提示；
所述第三类公式为：cosα=I1I0,cosβ=I2,4I0,cosγ=I3,5I0,]]>其中：I1为第一探头测得的电流值，I2为第二探头测得的电流值，I3为第三探头测得的电
流值，I4为第四探头测得的电流值，I5为第五探头测得的电流值；
所述太阳矢量为：
若所述第一探头和所述第二探头有效，Smy＝0，Smz＝cosα；
若所述第一探头和所述第四探头有效，Smy＝0，Smz＝cosα；
若所述第一探头和所述第三探头有效，Smx＝0，Smz＝cosα；
若所述第一探头和所述第五探头有效，Smx＝0，Smz＝cosα；
其中：Smx，Smy，Smz为太阳矢量的坐标值。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘善伍，郭崇滨，陈宏宇，常亮，付碧红，容建刚，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：上海;31