提高模拟太阳敏感器角度测量精度的方法技术

本发明专利技术公开了属于航天器姿态测量技术领域的一种提高模拟太阳敏感器角度测量精度的方法，具体涉及利用模拟太阳敏感器来测量航天器与太阳光线的相对角度。本发明专利技术通过对模拟太阳敏感器系统的输入输出模型进行改进、提高模拟太阳敏感器系统的散热性能和降低模拟太阳敏感器系统光线二次反射强度三种途径来提高模拟太阳敏感器角度测量精度。本发明专利技术实现方式简单、计算量小，对提升模拟太阳敏感器角度测量精度有较大作用，本发明专利技术所述提高模拟太阳敏感器角度测量精度方法的三种技术途径可以全部或者部分用于航天器用模拟太阳敏感器上。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天器姿态测量
，具体涉及一种提高模拟太阳敏感器角度测量精度的方法，具体涉及利用模拟太阳敏感器来测量航天器与太阳光线的相对角度。
技术介绍
太阳敏感器是用来测量航天器与太阳光线的相对角度大小，航天器用其输出值作为自身姿态的参考。随着技术的发展，航天器的质量和体积不断的下降，而对其性能的要求却不断的提升。太阳敏感器作为航天器姿态确定所必不可少的传感器，在满足系统稳定性、可靠性和测量精度的前提下，要求其质量、体积尽可能的小，功耗尽可能的低。目前太阳敏感器主要分为数字式和模拟式两大类。数字式太阳敏感器一般采用小孔或小孔阵列作为光线引入器，以线阵或面阵CCD或APS作为光线敏感元件，通过一定的算 法得到太阳光线相对于太阳敏感器的角度信息。数字太阳敏感器最大的特点是精度高，但是由于处理电路复杂，算法计算量大，核心敏感元件成本高，导致其质量、体积、功耗较大，成本较高，其适合用于对精度要求高，对质量，体积，功耗和成本等不太敏感的航天器上。模拟太阳敏感器虽不如数字太阳敏感器精度高，但其突出的特点是处理电路简单、算法计算量小，核心敏感元件成本低，所以模拟太阳敏感器的质量、体积、功耗较低，成本较低，其适合用于对精度要求不太高，对质量，体积，功耗和成本敏感的航天器上。目前模拟太阳敏感器主要存在的问题是，减小系统的体积造成系统的散热性能不佳，从而影响了角度测量精度，太阳光线的二次反射影响了系统的精度，处理电路安装所需要的空间阻止了系统体积的进一步减小。相关研究表明，影响模拟太阳敏感器的角度测量精度的因素主要有三方面一、由于工艺的原因，作为模拟太阳敏感器敏感单元的四象限探测器的四个象限对太阳光线的响应不能做到完全一致，这种不一致性在一定程度上影响了太阳敏感器的角度测量精度；二、太阳敏感器工作在阳光直射环境下，温度较高，而当温度升高时，模拟太阳敏感器的敏感单元对太阳光线的响应、信号处理电路的性能以及机械结构的安装精度会有一定程度的下降，这样就对模拟太阳敏感器的角度测量精度产生一定的影响；三、太阳光线进入模拟太阳敏感器内部后，到达四个象限探测器表面的光线会有一部分光线被反射，这部分反射光线中的一部分会被四个象限探测器上方的玻璃反射而再次达到四象限探测器表面，这部分光线也会在一定程度上影响模拟太阳敏感器的角度测量精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对影响模拟太阳敏感器角度测量精度的因素提出一种提高模拟太阳敏感器角度测量精度的方法，其特征在于，通过如下三种技术途径实现I)对模拟太阳敏感器系统的输入输出模型进行改进，传统模拟太阳敏感器的输入输出模型存在四象限探测器四个象限对太阳光线响应的不一致性；四个象限对太阳光线响应的不一致性的定义是，在相同的光照条件下，四象限探测器的任意两个象限输出的电流大小分别为Ii, Ip则不一致性5为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高模拟太阳敏感器角度测量精度的方法，其特征在于，通过如下三种技术途径实现：1）对模拟太阳敏感器系统的输入输出模型进行改进，传统模拟太阳敏感器的输入输出模型存在四象限探测器四个象限对太阳光线响应的不一致性；四个象限对太阳光线响应的不一致性的定义是，在相同的光照条件下，四象限探测器的任意两个象限输出的电流大小分别为Ii,Ij，则不一致性δ为：δ=max(|Ii-IjIi|×100%)其中i,j=1,2,3,4其中max()表示为取最大值。当工艺做到四个象限完全一致时，δ=0；当工艺不能做到四个象限完全一致时，δ不等于0；不一致性对模拟太阳敏感器的角度测量精度的影响是不同的，对于视场大小为±60°的模拟太阳敏感器，1%的不一致性会产生1°左右的角度测量误差。改进后的系统输入输出模型为：M=t2t3t4I1+t1t2t3I4-(t1t3t4I2+t1t2t4I3)t2t3t4I1+t1t2t3I4+t1t3t4I2+t1t2t4I3α=-arctan(a2hM)N=t2t3t4I1+t1t3t4I2-(t1t2t4I3+t1t2t3I4)t2t3t4I1+t1t2t3I4+t1t3t4I2+t1t2t4I3β=-arctan(a2hN)2）提高模拟太阳敏感器系统的散热性能，从两个方面提高模拟太阳敏感器系统的散热性能：一、模拟太阳敏感器的光 线引入器通过在玻璃表上下表面镀膜的方法得到，在玻璃的上表面镀上一层热控膜，热控膜的透明度要求大于90%，红外发射率要求ε大于0.8；对于模拟太阳敏感器，在玻璃上镀上热控膜来提升性能，采用添加铝、镓和氮的氧化锌材料来实现，厚度由实际需要决定；二是通过铝基板工艺将模拟太阳敏感的处理电路与系统的底盖合二为一，即将处理电路加工在系统底盖上，由于铝基板最大的优点是散热性能优良，通过这种办法，模拟太阳敏感器的处理电路产生的热量通过铝基板底盖快速传导出去；通过以上两种方式，模拟太阳敏感器的散热性能提高达50%以上；3）降低模拟太阳敏感器系统光线二次反射强度，前面提到，进入模拟太阳敏感器系统的光线会有部分因发生二次反射重新达到四象限探测器的表面从而对系统角度测量精度生产影响，在模拟太阳敏感器光线引入器玻璃的上表面、下表面的部分分别镀上一层增透膜，其具体的材料和厚度由增透膜工艺决定，所述增透膜材料应该使得光线引入器玻璃表面的反射率从7%降至0.5%以下，以降低光线在其表面的反射率，从而降低光线的二次反射强度，这样使模拟太阳敏感器系统的抗光线二次反射性能至少提高14倍，即光线二次反射对模拟太阳敏感器角度测量精度的影响至少降低为原来的1/14。...

【技术特征摘要】
1.一种提高模拟太阳敏感器角度测量精度的方法，其特征在于，通过如下三种技术途径实现 .1)对模拟太阳敏感器系统的输入输出模型进行改进， 传统模拟太阳敏感器的输入输出模型存在四象限探测器四个象限对太阳光线响应的不一致性；四个象限对太阳光线响应的不一致性的定义是，在相同的光照条件下，四象限探测器的任意两个象限输出的电流大小分别为Ii, Ip则不一致性δ为2.根据权利要求I所述提高模...

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