一种纳型APS太阳敏感器制造技术

一种纳型APS太阳敏感器，包括：光线引入器、SOC处理板、主体结构和基准镜；其中，光线引入器、SOC处理板和基准镜安装在所述主体结构上；所述基准镜用于表征纳型APS太阳敏感器本体坐标系；所述光线引入器采用十字光缝实现太阳光强的衰减和太阳光线的引入，SOC处理板实现图像采集和图像处理，并通过接口输出太阳方位信息。位信息。位信息。

【技术实现步骤摘要】
一种纳型APS太阳敏感器


[0001]本专利技术涉及航天器姿态测量的光学姿态敏感器领域。

技术介绍

[0002]太阳敏感器以太阳为基准方位，测量航天器姿态与太阳光线矢量夹角的一种光学姿态敏感器。因为太阳敏感器视场大、动态性能好且太阳在太空中属于比较明显的目标，在各类航天器上太阳敏感器均有大量应用，用于辅助航天器的对日捕获、对日巡航和姿态定姿等。
[0003]传统的太阳敏感器主要是基于硅光电池，具有设计简单、环境适应性好等特点，输出精度适中，但多以光电流作为输出，需要后续采样处理，接口较为复杂。随着CCD和CMOS图像传感器的发展，陆续出现基于CCD和CMOS图像传感器的太阳敏感器，多采用一体化设计，其具有精度高、接口简单等特点，但是由于需要FPGA、DSP或单片机等处理器导致产品体积和功耗均较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种纳型APS太阳敏感器。
[0005]本专利技术解决技术的方案是：一种纳型APS太阳敏感器，包括：光线引入器、SOC处理板、主体结构和基准镜；
[0006]其中，光线引入器、SOC处理板和基准镜安装在所述主体结构上；所述基准镜用于表征纳型APS太阳敏感器本体坐标系；所述光线引入器采用十字光缝实现太阳光强的衰减和太阳光线的引入，SOC处理板实现光电转换、图像采集和图像处理，并通过接口输出太阳方位信息。
[0007]优选的，所述的光线引入器利用MEMS技术实现镀膜和光刻。
[0008]优选的，所述的光线引入器在基板玻璃上表面设计三层膜，从玻璃基板由内到外分别是减反膜、中性衰减膜和减反膜；基板玻璃下表面设计窄带衰减膜和减反膜，十字光缝刻在减反膜上。
[0009]优选的，所述减反膜保证膜层反射率小于2％，中性衰减膜透过率为1/15000，窄带衰减膜通过波段为800nm
±
5nm。
[0010]优选的，所述十字光缝的光缝宽度范围10um～12um。
[0011]优选的，所述的SOC处理板包括图像传感器、SOC器件、RS422接口器件和内部电源转换DC
‑
DC；
[0012]内部电源转换DC
‑
DC实现外部5V电源的转换，转换为3.3V、1.5V和2.8V，向SOC器件和图像传感器提供电源；所述SOC器件内置逻辑资源实现图像传感器的控制、图像采集、太阳亮斑提取，SOC器件内置ARM Cortex
‑
M3内核资源实现两轴太阳角度的计算；
[0013]上电复位利用RC电路和74LVC2G14非门实现，用于SOC器件的外部上电复位。
[0014]优选的，ARM Cortex
‑
M3内核资源利用十字光缝的中心点实现两个轴的太阳角度
计算，利用四个边缘点辅助单轴太阳角度计算，当光缝出现污染时，通过四个边缘点分别输出两轴太阳角度。
[0015]优选的，正常情况下，利用十字光缝的中心点计算的两轴太阳角度(α
中心
,β
中心
)作为太阳敏感器输出；为提升可靠性，将α
中心
，与边缘点计算的单轴太阳角度α
边缘1
和α
边缘3
进行比对，采取3取2方式输出，同样β
中心
，β
边缘1
和β
边缘3
三个角度进行比对，采取3取2方式输出。
[0016]优选的，将利用十字光缝的中心点计算的两轴太阳角度分别与利用边缘点计算的同轴太阳角度进行比对，如果三个角度的偏差小于0.03
°
则三个角度的平均值作为最终输出，如果三个角度的偏差有一个超过0.03
°
则剩余两个平均作为最终输出，如果三个角度的相互偏差都超过0.03
°
则将中心角度直接作为输出。
[0017]优选的，基准镜的x法线与图像传感器u方向偏差小于1角分，基准镜y法线与图像传感器v方向偏差小于1角分。
[0018]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0019]采用了“十”字光缝，产品具备较强的抗污染能力，光缝局部被灰尘遮挡时，仍然可以通过缝上其他区域透过的光进行角度计算，仍能保证产品功能不会丢失。
[0020]采用了SOC处理器，同一芯片内部同时具有可编程逻辑资源和ARM处理器资源，片内具有丰富的FLASH和RAM资源，不需要外围配置，大大简化了电路设计，实现了极小化的电路板设计。
[0021]接口简单，产品对外接口包括+5V供电电源和RS422接口。
[0022]典型指标如下：体积35mm
×
35mm
×
15mm，重量25g，功耗0.5W，视场120
°×
120
°
，精度优于0.05
°
(3σ)，数据更新率大于10Hz，具有精度高、体积小、重量轻、一体化、接口方便等优点
附图说明
[0023]图1纳型APS太阳敏感器整机组成；
[0024]图2光线引入器示意图；
[0025]图3十”字光缝成像示意图；
[0026]图4电路原理框图；
[0027]图5纳型APS太阳敏感器整机结构设计三视图；
[0028]图6基准镜坐标系和图像传感器坐标系对应关系图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。
[0030]另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅展示出了与本专利技术相关部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序处理，但是其中许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所
述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
[0031]微纳卫星对太阳敏感器重量、体积以及功耗等均有小型化需求，需要接口简单，基于此背景，利用SOC(System On a Chip)和MEMS等技术开展了纳型APS太阳敏感器的研制，实现了一款接口简单、性能优异、可即插即用的纳型APS太阳敏感器。
[0032]纳型APS太阳敏感器的工作原理是将太阳看为无穷远近似点光源，太阳光线到达敏感器表面的光线近似为平行光，利用光线引入器将太阳光线投影到图像传感器上形成亮斑，通过计算亮斑的质心，然后与光线零度角入射时的质心位置比较便可以得到敏感器的基准平面相对于太阳的姿态角度，其中光线零度角入射时的成像位置是通过对敏感器的标定获得。
[0033]如图1所示，本专利技术的纳型APS太阳敏感器由光线引入器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳型APS太阳敏感器，其特征在于包括：光线引入器、SOC处理板、主体结构和基准镜；其中，光线引入器、SOC处理板和基准镜安装在所述主体结构上；所述基准镜用于表征纳型APS太阳敏感器本体坐标系；所述光线引入器采用十字光缝实现太阳光强的衰减和太阳光线的引入，SOC处理板实现光电转换、图像采集和图像处理，并通过接口输出太阳方位信息。2.根据权利要求1所述的纳型APS太阳敏感器，其特征在于，所述的光线引入器利用MEMS技术实现镀膜和光刻。3.根据权利要求1或2所述的纳型APS太阳敏感器，其特征在于：所述的光线引入器在基板玻璃上表面设计三层膜，从玻璃基板由内到外分别是减反膜、中性衰减膜和减反膜；基板玻璃下表面设计窄带衰减膜和减反膜，十字光缝刻在减反膜上。4.根据权利要求3所述的纳型APS太阳敏感器，其特征在于：所述减反膜保证膜层反射率小于2％，中性衰减膜透过率为1/15000，窄带衰减膜通过波段为800nm
±
5nm。5.根据权利要求1所述的纳型APS太阳敏感器，其特征在于：所述十字光缝的光缝宽度范围10um～12um。6.根据权利要求1所述的纳型APS太阳敏感器，其特征在于：所述的SOC处理板包括图像传感器、SOC器件、RS422接口器件和内部电源转换DC
‑
DC；内部电源转换DC
‑
DC实现外部5V电源的转换，转换为3.3V、1.5V和2.8V，向SOC器件和图像传感器提供电源；所述SOC器件内置逻辑资源实现图像传感器的控制、图像采集、太阳亮斑提取，SOC器件内置ARM Cortex
‑
M3内核资源实现两轴太阳角度的计算；上电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建福，常晔，左富昌，尹路，高长山，韩星，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：