CN103411578A - 一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器，包括主体结构、基座、电池组件、基准镜、电连接器和接地组件，其中主体结构安装在基座上，主体结构为四棱锥台形状，四棱锥台的四个侧面和一个顶面上均设有安装槽，安装槽用于安装电池组件，且四棱锥台的四个侧面周围设有环带面，环带面的外侧为挡光环，挡光环为一薄壁的环带状结构，且高度不超过电池组件敏感面的最低处，基准镜、电连接器和接地组件均安装在基座上，该粗太阳敏感器具有结构简单、体积小、质量轻、测量视场大（2π立体角）、抗杂光干扰、耐空间辐照和具有主备份测量模式的优点。

Description

一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器

技术领域

本发明涉及一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器，属于卫星姿态测量技术领域。

背景技术

太阳敏感器作为卫星控制分系统的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姿。

目前太阳敏感器，一般仅能在较小的视场范围内给出高的测量精度，不能够实现2π立体角视场内的方位和俯仰角度测量信息；或仅能在2π立体角视场内部提供太阳的相对位置区域，但不能提供方位和俯仰角度信息。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器，该粗太阳敏感器具有结构简单、体积小、质量轻、测量视场大（2π立体角）、抗杂光干扰、耐空间辐照和具有主备份测量模式的优点。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器，包括主体结构、基座、电池组件、基准镜、电连接器和接地组件，其中主体结构安装在基座上，主体结构为四棱锥台形状，四棱锥台的四个侧面和一个顶面上均设有安装槽，安装槽用于安装电池组件，且四棱锥台的四个侧面周围设有环带面，基准镜、电连接器和接地组件均安装在基座上。

在上述用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器中，每个安装槽的形状为一个台阶状的方形孔，在方形孔相对的两个侧边上各有两个方形槽，方形槽用于防止电池组件引极与主体结构导通而导致失效。

在上述用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器中，电池组件粘接在所述方形孔的台阶上，在电池组件与方形孔之间的缝隙处填充有硅橡胶。

在上述用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器中，四棱锥台的四个侧面与环带面所在平面的夹角相同或不同，夹角为20°～70°。

在上述用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器中，环带面的外侧为挡光环，挡光环为一薄壁的环带状结构，且高度不超过电池组件敏感面的最低处。

在上述用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器中，挡光环设置为一层或者多层嵌套的结构。

在上述用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器中，还包括挡光板，挡光板为一个或多个，安装在基座上，挡光板防止视场内的杂光光线进入到电池组件的敏感面。

在上述用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器中，主体结构的四棱锥台的四个侧面、一个顶面及环带面的表面上均具有消光螺纹或消光条纹。

在上述用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器中，电池组件为四个电池组件，分别安装在四棱锥台的四个侧面的安装槽中，或者电池组件为五个，分别安装在四棱锥台的四个侧面及顶面的安装槽中。

在上述用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器中，电池组件包括主份电池、备份电池、电池基座上和四个金属引极，其中主份电池与备份电池的大小、形状均一致，主份电池与备份电池安装在电池基座上，电池基座上预埋有四个金属引极，用作电池组件的电流输出管脚。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）、本发明创新设计了一种用于太阳相对卫星坐标系或产品坐标系下角度信息测量的太阳敏感器产品，基于电池组件的电流输出入太阳入射角度呈近似余弦关系的原理，根据不同位置处电池组件的电流输出，结算出基于产品坐标系或星体坐标系下的太阳方位和俯仰角度信息测量，产品具有结构简单、体积小、质量轻、测量视场大（2π立体角）、抗杂光干扰、耐空间辐照和具有主备份测量模式的优点；

（2）、本发明采用了电池组件作为太阳敏感器件，太阳电池安装在陶瓷基座或其它绝缘基座上，基座上预埋有金属引极作为太阳电池的输出管脚；电池组件进行了主备份设计，主备份电池规格一致，相同测试条件下电流输出一致，大大提高电池可靠性；

（3）、本发明对太阳敏感器中主体结构进行了特殊设计，为四棱锥台结构，其中四棱锥台的每个锥面（侧面）与产品安装面呈一定角度，此角度可以根据任务需求将每个锥面与产品安装面之间的角度设定为相同值，也可以为不同角度，大大提高了设计灵活性和产品的适用性；

（4）、本发明电池组件可以为五个或者四个，在四棱锥台的四个侧面各安装有一个电池组件，或者在在四棱锥台的四个侧面各安装一个电池组件，顶面增加一个电池组件；试验表明顶面增加一个电池组件可以显著提高产品的测量精度；

（5）、本发明针对特殊设计的主体结构四棱锥台侧面及顶面的表面上具有消光螺纹或条纹，四棱锥台周围设有挡光环，挡光环表面上也有消光螺纹或条纹，并且主体结构整体表面采用黑色阳极氧化处理，可以有效地降低二次反射光线对电池组件电流输出的影响；

（6）、本发明采用在基座上安装一个或多个挡光板，挡光板可以根据产品周围的环境来确定安装个数与其安装位置，挡光板主要作用为遮挡产品周围较高物体反射的太阳光线，降低二次反射光线对太阳电池组件正常输出的影响；

（7）、本发明对安装电池组件的安装槽进行了特殊设计，安装槽的形状为一个台阶状的方形孔，在方形孔相对的两个侧边上各有两个方形槽，方形槽用于防止太阳电池引极与主体结构导通而导致失效，并且电池组件采用粘接方式与方形孔中的台阶连接，在电池组件与方形孔之间的缝隙处填充有硅橡胶，增加了连接的可靠性。

附图说明

图1A为本发明粗太阳敏感器整机结构示意图1；

图1B为本发明粗太阳敏感器整机结构示意图2；

图2A为本发明粗太阳敏感器中电池组件示意图1；

图2B为本发明粗太阳敏感器中电池组件示意图2；

图3为本发明粗太阳敏感器中主体结构示意图；

图4为本发明粗太阳敏感器中基座结构示意图；

图5为本发明粗太阳敏感器中挡光板示意图；

图6为本发明粗太阳敏感器与挡光板装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1A、1B所示分别为本发明粗太阳敏感器整机示意图（两个不同角度），图3所示为本发明粗太阳敏感器中主体结构示意图，图4所示为本发明粗太阳敏感器中基座结构示意图。由图可知本发明用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器包括主体结构、基座1、电池组件、基准镜3、电连接器4和接地组件5，其中主体结构通过螺钉安装在基座1上，主体结构为四棱锥台结构，四棱锥台包括四个侧面（锥面）和一个顶面，四个侧面和一个顶面上均设有用于安装电池组件的安装槽8，且四棱锥台的四个侧面周围设有环带面6，四棱锥台的每个侧面与环带面6所在平面呈特定角度，此角度可以根据要求将每个侧面与环带面6所在平面之间的角度设定为相同角度值，或者不同角度值，角度范围为20°-70°。如图3所示，每个安装槽8的形状为一个台阶状的方形孔，在方形孔相对的两个侧边上各有两个方形槽9，用于防止太阳电池引极与主体结构导通而导致失效，台阶设置在方形孔的四个侧边上。

如图2A、2B所示分别为本发明粗太阳敏感器中电池组件示意图（不同角度），本发明中电池组件可以为四个或五个，当电池组件为四个时，分别安装在四棱锥台的四个侧面的安装槽8中，当电池组件为五个时，分别安装在四棱锥台的四个侧面及顶面的安装槽8中。电池组件使用粘接剂粘接在方形孔的台阶上，在电池组件与方形孔之间的缝隙处填充有硅橡胶。

电池组件具有主备份的功能，包括主份电池12、备份电池13、电池基座11和金属引极14，如图2A所示，其中主份电池12与备份电池13相互隔离，主份电池12与备份电池13的大小、形状均一致（相同），主份电池12与备份电池13的法线方向平行，太阳光照的情况下每个电池组件的主份电池12与备份电池13可以输出相同的电流。主份电池12与备份电池13安装在电池基座11上。如图2B所示，电池基座12上预埋有四个金属引极14。电池组件的每个金属引极14使用两根导线进行搭焊操作，两根导线的另外一端分别连接到电连接器4上两个不同的接点焊杯上，即电池组件的每个输出信号与信号地在电连接器4端都具有备份。

主体结构的四棱锥台周围设有挡光环7，挡光环7为一薄壁的环带状结构，且其高度不超过电池组件敏感面的最低处，用于阻挡粗太阳敏感器安装面以下方向太阳光线对电池组件电流输出的影响，防止视场外的光线进入到电池组件的敏感面上。挡光环7可以设置为一层或者多层嵌套的结构。

粗太阳敏感器的主体结构四棱锥台侧面、顶面及环带面6的表面上均具有消光螺纹或消光条纹，可以有效地降低太阳光线照射到锥台侧面及顶面的二次反射，降低二次反射光线对电池组件电流输出的影响。

如图4所示，粗太阳敏感器产品具有基座1，用于太阳敏感器在飞行器或卫星上安装。基准镜3、电连接器4和接地组件5均安装在基座1上，其中电连接器4用于太阳敏感器与星上计算机连接。

此外根据粗太阳敏感器在飞行器或卫星上安装位置，可以在四棱锥台的不同方向选装挡光板10。如图5所示为本发明粗太阳敏感器中挡光板示意图，图6所示为本发明粗太阳敏感器与挡光板装配示意图，由图可知挡光板10为一个或多个，安装在基座1上，挡光板10的位置、高度和个数由太阳敏感器周围的环境来确定，挡光板10主要作用为遮挡产品周围较高物体反射的太阳光线，防止视场内的杂光光线进入到电池组件的敏感面，降低二次反射光线对太阳电池组件正常输出的影响。

粗太阳敏感器主体结构与基座1外表面采用黑色阳极氧化处理，可以有效地吸收太阳光线，降低二次反射光线对太阳电池组件正常输出的影响。

粗太阳敏感器的基准镜3，用于在粗太阳敏感器测试时表征产品的光学零位与电零位之间的关系，同时基准镜3还可以用于飞行器或卫星上安装时的光学对准。

粗太阳敏感器的接地组件5，用于在粗太阳敏感器性能测试时粗太阳敏感器的机壳与测试设备机壳之间电气连接，确保机壳之间的电势相等，本实施例中为接地组件5为接地螺钉。

本发明粗太阳敏感器电池组件安装在结构上不同位置处，每个电池组件具有主备份的功能，用于敏感该电池组件光敏面以上的太阳光强；根据不同位置处太阳电池组件输出的电流大小，可以解算出太阳相对于星体坐标系或产品坐标系的方位和俯仰角度信息。粗太阳敏感器具有2π立体角的测量视场，在距离安装法线方向不同离轴角度的范围内具有不同的测量精度。一般情况下，距离安装法线方向的离轴角度越小，测量精度越高；粗太阳敏感器产品测量精度可以满足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需求。

实施例1

本发明粗太阳敏感器中主体结构中四棱锥台中四个侧面与环带面6所在平面的夹角相同，均为45°，且四个侧面和顶面均安装有电池组件，测试结果表明在离轴角为10°以内时，测量精度为0.5°，离轴角为10°～30°时，测量精度为1.5°。

实施例2

本发明粗太阳敏感器中主体结构中四棱锥台中四个侧面与环带面6所在平面的夹角不相同，其中相对的两个侧面的夹角为60°，另外两个相对侧面的夹角为45°，且四个侧面和顶面均安装有电池组件，测试结果表明在离轴角为10°以内时，测量精度为1°，离轴角为10°～30°时，测量精度为3°。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器，其特征在于：包括主体结构、基座（1）、电池组件、基准镜（3）、电连接器（4）和接地组件（5），其中主体结构安装在基座（1）上，主体结构为四棱锥台形状，四棱锥台的四个侧面和一个顶面上均设有安装槽（8），安装槽（8）用于安装电池组件，且四棱锥台的四个侧面周围设有环带面（6），基准镜（3）、电连接器（4）和接地组件（5）均安装在基座（1）上。

2.根据权利要求1所述的一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器，其特征在于：所述每个安装槽（8）的形状为一个台阶状的方形孔，在方形孔相对的两个侧边上各有两个方形槽（9），方形槽（9）用于防止电池组件引极与主体结构导通而导致失效。

3.根据权利要求2所述的一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器，其特征在于：所述电池组件粘接在所述方形孔的台阶上，在电池组件与方形孔之间的缝隙处填充有硅橡胶。

4.根据权利要求1所述的一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器，其特征在于：所述四棱锥台的四个侧面与环带面（6）所在平面的夹角相同或不同，夹角为20°～70°。

5.根据权利要求1所述的一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器，其特征在于：所述环带面（6）的外侧为挡光环（7），挡光环（7）为一薄壁的环带状结构，且高度不超过电池组件敏感面的最低处。

6.根据权利要求5所述的一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器，其特征在于：所述挡光环（7）设置为一层或者多层嵌套的结构。

7.根据权利要求1所述的一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器，其特征在于：还包括挡光板（10），挡光板（10）为一个或多个，安装在基座（1）上，挡光板（10）防止视场内的杂光光线进入到电池组件的敏感面。

8.根据权利要求1所述的一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器，其特征在于：所述主体结构的四棱锥台的四个侧面、一个顶面及环带面（6）的表面上均具有消光螺纹或消光条纹。

9.根据权利要求1所述的一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器，其特征在于：所述电池组件为四个电池组件，分别安装在四棱锥台的四个侧面的安装槽（8）中，或者电池组件为五个，分别安装在四棱锥台的四个侧面及顶面的安装槽（8）中。

10.根据权利要求1所述的一种用于太阳方位角测量的粗太阳敏感器，其特征在于：所述电池组件包括主份电池（12）、备份电池（13）、电池基座（11）上和四个金属引极（14），其中主份电池（12）与备份电池（13）的大小、形状均一致，主份电池（12）与备份电池（13）安装在电池基座（11）上，电池基座（12）上预埋有四个金属引极（14），用作电池组件的电流输出管脚。

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