一种面阵APS数字太阳敏感器的精度补偿方法技术

本发明专利技术公开了属于航天器姿态控制测量系统领域的一种面阵APS数字太阳敏感器的精度补偿方法。包括小角度入射角和大角度入射角的精度补偿。首先对太阳敏感器图像处理芯片计算输出的太阳光斑中心坐标值进行一次旋转校正；然后对大角度入射角的坐标值做二次校正，利用旋转校正的坐标值做折射模型的坐标映射；再利用单轴的高阶多项式拟合法计算太阳角度正切值，若入射角为小角度，利用旋转校正后坐标值计算，若入射角为大角度，用二次校正的坐标值计算；最后求反正切得到太阳角度值。本发明专利技术适合于面阵APS阵列式数字大视场太阳敏感器的精度补偿，补偿了主要误差因素，具有较高的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航天器姿态控制测量系统中的姿态敏感器技术，具体涉及一种面阵 APS数字太阳敏感器的精度补偿方法。
技术介绍
太阳敏感器是以太阳光为参照，计算太阳与卫星某一轴的夹角，进而确定卫星的姿态，属于卫星姿态控制敏感器的一种。太阳敏感器有0-1式太阳敏感器，模拟式太阳敏感器和数字式太阳敏感器，而数字式按器件分为CCD(电磁耦合器件)数字太阳敏感器和 APS(主动像元探测器)数字太阳敏感器，按器件维度可分为线阵式和面阵式。目前，最新产品为面阵的APS数字太阳敏感器能测量两轴太阳角，具有精度高，视场大，体积小，功耗小等特点。面阵APS数字太阳敏感器是计算不同角度下入射的太阳光透过小孔阵列式光线引入器在图像探测器表面的形成太阳光斑图像与中心的两坐标轴的距离，从而得到两轴姿态角。由于图像探测器表面存在保护玻璃，而玻璃的折射，会导致一轴的入射角度相同情况下的坐标值随着另一轴的入射角度变化而变化。对大角度的影响尤为明显，像素最大误差达10个像素以上，角度误差达2° 3°。另外，APS数字太阳敏感器靠标定拟合以达到高精度的要求，但是在标定安装时，不可避免地会产生图像探测器与太阳模拟器光轴的旋转和偏转等误差，从而造成精度误差。中国专利号200610103797. 3，名称高精度APS数字太阳敏感器，该专利提出了一种APS数字太阳敏感器的研制方法，其中涉及姿态角度计算，对标定安装误差以及加工误差等建模做了补偿，其不足之处在于该方法没能对折射引起的误差进行较好的校正和补偿，对于面阵APS数字太阳敏感器来说，并不能达到高精度的要求。中国专利号200810057353. X，名称APS太阳敏感器的信息处理方法，该专利叙述了数字太阳敏感器的信息处理流程和方法，并涉及大角度的姿态角度补偿方法，采用角度分段线性插值的方法做补偿，同样没能很好的修正折射引起的误差，也不能达到高精度的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种面阵APS数字太阳敏感器的精度补偿方法，其特征在于， 包括步骤如下(1)对太阳敏感器计算输出的坐标值做一次旋转校正；第一步，通过二维视场的太阳角度数据标定，计算出平均旋转角度&，首先求旋转角度ε yi 1)采用转台的α角为0°，β角不为0°时的两轴坐标值计算旋转角度，计算公式为权利要求1.一种面阵APS数字太阳敏感器的精度补偿方法，其特征在于，包括如下步骤(1)对太阳敏感器计算输出的坐标值做一次旋转校正，首先通过二维视场的太阳角度数据标定，计算出旋转角度ε yi;然后，通过取N个不同的β角计算得到N个￡yi再求平均值得到更准确的旋转角度~；(2)对半锥角δ大于10°的大角度入射角坐标值做二次校正，用一次校正的坐标值做折射模型的坐标映射采取条状区域分区的方式对大角度入射角坐标值做二次校正，进行折射模型的坐标值映射，在视场的一个象限范围内，采用宽度为10°的横纵方向的条状区域分区方式；(3)用单轴的高阶多项式拟合法计算角度正切值半锥角δ小于10°的小角度入射角用一次校正的坐标值计算正切；半锥角δ大于10°的大角度入射角用二次校正的坐标值计算正切值；(4)求反正切得到太阳角度值通过拟合的方法求得正切值后，再求反正切得到两轴姿态角。2.根据权利要求1所述的面阵APS数字太阳敏感器的精度补偿方法，其特征在于所述步骤(1)中计算出旋转角度的方法为采用两垂直轴坐标值计算旋转角度，当α角为0°， β角不为0°时的两轴坐标值，计算公式为3.根据权利要求1所述的面阵APS数字太阳敏感器的精度补偿方法，其特征在于所述步骤(1)中求太阳敏感器绕光轴的旋转角度平均值为4.根据权利要求1所述的面阵APS数字太阳敏感器的精度补偿方法，其特征在于所述步骤(2)中二次校正的方法为折射模型的坐标映射；采取条状区域分区的方式对大角度入射角坐标值做二次校正，进行折射模型的坐标值映射；分区的方法为在视场的一个象限范围内，采用宽度为10°的横纵方向的条状区域分区方式，其他象限采用相同的分区方法；在每个条状区域内，做折射模型的坐标映射，坐标映射的方法为5.根据权利要求1所述的面阵APS数字太阳敏感器的精度补偿方法，其特征在于 所述步骤(3)中求正切的单轴高阶多项式拟合的方法为全文摘要本专利技术公开了属于航天器姿态控制测量系统领域的一种面阵APS数字太阳敏感器的精度补偿方法。包括小角度入射角和大角度入射角的精度补偿。首先对太阳敏感器图像处理芯片计算输出的太阳光斑中心坐标值进行一次旋转校正；然后对大角度入射角的坐标值做二次校正，利用旋转校正的坐标值做折射模型的坐标映射；再利用单轴的高阶多项式拟合法计算太阳角度正切值，若入射角为小角度，利用旋转校正后坐标值计算，若入射角为大角度，用二次校正的坐标值计算；最后求反正切得到太阳角度值。本专利技术适合于面阵APS阵列式数字大视场太阳敏感器的精度补偿，补偿了主要误差因素，具有较高的精度。文档编号G01C25/00GK102435204SQ201110259209公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日专利技术者尤政, 张高飞, 邢飞, 黎雯洋 申请人:清华大学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黎雯洋，张高飞，尤政，邢飞，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：