CN101050967A - 用于数字式太阳敏感器太阳方位角测量的多狭缝装置 - Google Patents

Abstract

一种用于数字式太阳敏感器太阳方位角测量的多狭缝装置，该装置包括支架，固定在支架内的三条相互平行的狭缝，其特征是三条狭缝处于非同一平面内，其中间狭缝距CCD探测器的高度比两旁狭缝距探测器的高度要大，使得中间狭缝测量精度更高，两旁的狭缝测量视场更大。同时增加入射光孔及两片光电池，通过对光电池信号和CCD信号处理即可判断太阳位于哪个视场内，不依赖外部其他系统。

Description

用于数字式太阳敏感器太阳方位角测量的多狭缝装置

技术领域

本发明涉及通常作为卫星或其他空间飞行器的姿态控制系统中的太阳敏感器，具体是指太阳敏感器太阳方位角测量的多狭缝装置。

技术背景

高精度数字式太阳敏感器常采用线列阵器件CCD加狭缝来实现对太阳方位角的测量。依据狭缝的数量可分为单狭缝式和多狭缝式。线列阵探测器CCD的长度和狭缝与CCD的距离决定了太阳敏感器的测量轴方向的视场和精度。狭缝的长度及其与CCD的距离决定了非测量轴方向的视场。在单狭缝下，要达到0.05°的精度，±40°的视场所需的CCD列阵的像元数约为2048元，而达到±64°时，CCD的像元数约为4700元。所以在单狭缝下很难做到高精度与大视场同时实现。而多狭缝式太阳敏感器采用在一个探测器CCD上垂直布置多条狭缝，实现单一探测器的多视场复用技术，实现了少像元CCD对高精度、大视场方位角的测量。但其带来的一个问题是视场区域的如何区分。以前多狭缝式的太阳敏感器如图1所示，几条狭缝都处于同一平面内，且在区分太阳是处于哪个视场内的问题上是很复杂的：它一方面提取太阳在CCD上的位置信号，另一方面它从姿态控制系统的惯性单元获得起始信息，再结合日期来计算太阳处于哪个视场区域内，从而计算得到太阳方位角提供给姿态控制系统使用。

发明内容

基于已有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种在原有线列阵CCD探测器上可提高探测精度、扩大视场，并能简化区分视场区域的多狭缝装置。

本发明的技术方案是：在CCD像元数一定的情况下，通过增大中间一条狭缝与CCD光敏感元的距离实现测量精度的提高；缩短旁边二狭缝与CCD光敏感元的距离来实现扩大测量视场；在狭缝外增加一个入射光孔，结合两片光电池来实现不同视场区域的区分，以达到本发明的目的。

本发明的用于太阳敏感器的多狭缝装置，包括：支架5，固定在支架内的三条相互平行狭缝，其中A1狭缝6、A3狭缝8位于同一平面，A2狭缝7位于A1狭缝和A3狭缝中间，并高于A1狭缝、A3狭缝的平面；用于区分视场区域的入射光孔9固定在A1狭缝或A3狭缝外侧的支架平面上，在光孔9下面的左右二侧置有固定在基板10上的左右两片光电池3、4；各狭缝及光孔9上面分别置有与其视场相对应的光栏2。狭缝装置位于太阳敏感器的线列CCD光敏感元1上方，狭缝与线列CCD光敏感元垂直，并使A2狭缝7处在线列CCD光敏感元的中间；A2狭缝的视场角覆盖整个线列CCD光敏元，A1狭缝、A3狭缝的视场角分别覆盖线列CCD光敏感元中点的二侧，不能超越中点，并距离中点80-150像元点。各狭缝和光孔的视场角、线列阵CCD光敏元的长度、狭缝与线列CCD光敏元的距离根据设计要求而定。

本发明具有如下优点：

1、多狭缝装置采用非同一平面的设计，且将中间狭缝离CCD光敏感元的高度比两旁的狭缝的高度大，使得在保证中间狭缝的高精度的同时，两旁的狭缝扩大了视场测量范围。

2、视场区分采用增加1个入射光孔和两片光电池，通过对光电池信号和CCD信号处理即可判断太阳位于哪个视场内，不依赖外部其他系统。

具体实施方式

下面结合图2和实施例对本发明进行详细描述，实施例的具体技术指标如下：

单轴的视场为±60°×±60°，在-33°～+33°内精度要求达到0.05°，分辩率0.01°；在-33°～-60°(+33°～+60°)内精度要求达到0.1°，分辩率0.02°，线列CCD探测器为2048光敏元。

见图2，其0光敏元位置处于A1狭缝下，2048光敏元位置处于A3狭缝下，其中A1狭缝与A3狭缝在同一平面内，与CCD光敏元的距离相等，都为10mm，A2狭缝的高度与CCD光敏元的距离为17mm，A1狭缝、A3狭缝与A2狭缝的间隔距离都为17mm。在CCD光敏感元与狭缝之间有一能量衰减片11，用于减小投射到CCD上的太阳能量。三条狭缝的宽度都为0.3mm，A2狭缝长度为50mm，A1、A3狭缝的长度为25mm。在测量轴方向，A2狭缝的视场为-40°～+40°，A1狭缝的视场-60°～-37°，A3狭缝的视场为+37°～+60°，部分视场的重叠是为保证在视场内不产生信号的丢失。

为保证可靠区分视场，A1狭缝的最大入射角(-60°)的光线在CCD上的位置C点不能超过CCD光敏感阵列的中点E点，同样A3狭缝的最大入射角(+60°)的光线在CCD上的位置D点也不能超过CCD光敏感元阵列的中点E点，且由于在安装过程中不可避免的存在误差，故C、E与D、E点之间留有相当的余量，在本实施例中C、E与D、E点之间的各约有80～150个像元。

由于CCD的0像元位于A1狭缝下，A1狭缝的入射太阳光线在CCD上的位置处于0～1024像元之间，A2狭缝的入射太阳光线覆盖了整个CCD像元，A3狭缝的入射太阳光线在CCD上的位置处于1024～2048像元之间。入射光孔的左边光电池3测量轴方向视场为+33°～+65°，右边光电池4测量轴方向的视场为-33°～-65°，非测量轴方向都为-65°～+65°。两片光电池视场设置的依据是保证右边光电池3有效信号比经A3狭缝投射到CCD上的有效信号出现的早，消失的晚；左边光电池4有效信号比经A1狭缝投射到CCD上的有效信号出现的早，消失的晚。当太阳敏感器的处理器识别出CCD信号在第1024像元之前，如第600像元位置处有太阳光信号，处理器先去查询光电池4是否有效，如果有效则说明太阳光线是从A1狭缝入射的，否则是从A2狭缝入射的。同样如果太阳敏感器的处理器识别出CCD信号是位于第1024像元之后，如第1500像元位置处有太阳光信号，处理器去查询光电池3是否有效，光电池3有效则说明太阳光线是从A3狭缝入射的，否则是从A2狭缝入射的。在视场重叠区域，如+38.5°，在CCD上有两个信号，一个信号经A2狭缝投射到CCD上，大概在CCD的第50个像元处(大约值)，另一信号经A3狭缝投射到CCD上，大概在CCD的第2000个像元处(大约值)，此时光电池3应处于有效状态，光电池4处于无效状态，太阳敏感器处理器也可区分出第50像元位置的信号是经A2狭缝投射到CCD上的，第2000像元位置的信号是经A3投射到CCD上的。即可区分视场区域。

狭缝由二片倒角的金属片组成，倒角角度的大小要保证入射视场角的光线全部入射。

Claims (1)

1.一种用于数字式太阳敏感器太阳方位角测量的多狭缝装置，包括：支架(5)，固定在支架内的三条相互平行狭缝，其特征在于：

其中A1狭缝(6)、A3狭缝(8)位于同一平面，A2狭缝(7)位于A1狭缝、A3狭缝中间，并高于A1狭缝、A3狭缝的平面；用于区分视场区域的入射光孔(9)固定在A1狭缝或A3狭缝外侧的支架平面上，在光孔(9)下面的左右二侧置有固定在基板(10)上的左右两片光电池(3、4)；各狭缝上面分别置有与各自视场相对应的光栏(2)；狭缝装置位于太阳敏感器的线列CCD光敏元(1)上方，狭缝与线列CCD光敏元垂直，并使A2狭缝(7)处在线列CCD光敏感元的中间；A2狭缝的视场角覆盖整个线列CCD光敏感元，A1、A3狭缝的视场角分别覆盖线列CCD光敏感元中点的二侧，不能超越中点，并距离中点80-150像元点；各狭缝和入射光孔的视场角，线列CCD光敏感元的长度，狭缝与线列CCD光敏感元的距离根据设计要求而定。

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