CN1687706A - 微型数字式太阳敏感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微型数字式太阳敏感器，属于姿态敏感器技术领域。敏感器，包括光线引入器，由图像传感器及其附属电路和图像采集控制电路组成的图像采集模块，以及图像处理与通讯模块；光线引入器为层叠式结构，由上而下分别是：窄带或中性滤光片、透光基板、掩膜层和防反光层，掩膜层采用不等间距小孔阵列式结构，小孔阵列式结构中开有两种尺寸的方形小孔，两种不同尺寸的小孔和不等间距在行和列中均是交替出现，使每个小孔中心较前一行和前一列的相邻小孔中心向后错位g＝0.05个像素；本发明可以减小成像电路系统的噪声和离散图像质心估算偏差引起的随机测量误差。并可减小敏感器的体积、功耗和重量，提高测量精度，实现微型化。

Description

微型数字式太阳敏感器

技术领域

本发明属于皮型和纳型卫星以及微型航天器上姿态测量控制系统中的姿态敏感器技术领域。特别涉及太阳敏感器光学系统中光线引入器的结构设计。

背景技术

太阳敏感器广泛用于卫星和航天器的姿态定位系统中，但对于皮型卫星、纳型卫星以及微型航天器，传统的太阳敏感器无论从体积、质量和功耗上均无法达到要求；此外，为同时满足姿态定位系统的大视场和高精度的要求，通常会使用多个姿态敏感器。目前已有的或正在研究中的阵列式结构的数字式太阳敏感器以数字图像传感器为光探测器，其结构包括敏感器视窗板、固定在敏感器视窗板上的光线引入器、敏感器电路板盒、安装在盒内的包含数字图像传感器的图像采集与处理模块和敏感器底盖板；其中光线引入器为层叠式结构，由上而下分别是：窄带或中性滤光片、透光基板、掩膜层和防反光层，该掩膜层采用等间距方形或圆形小孔阵列式结构；其工作原理如图1所示，太阳光束11通过光线引入器12上的透光小孔阵列13在图像传感器14上成像为亮斑阵列15，每个亮斑中心位置与太阳方位角有关，即每个亮斑中心位置对应一个太阳方位角，平均值作为敏感器输出，在小视场角时，采集到的图像中亮斑多，得到的太阳方位角测量值多，平均值可以减小成像系统噪声引起的随机测量误差。由于不需要所有小孔成像在图像传感器上，因此视场范围大。

这种阵列式结构的数字式太阳敏感器与传统的数字式太阳敏感器相比，具有体积小、重量轻、功耗低和精度高的特点，但尚存在技术不足之处：

1、数字图像传感器的图像离散化和填充率会造成亮斑中心位置估算偏差，从而引起较大的随机测量误差，限制了测量精度的提高。

2、采用机械工艺加工的光线引入器掩膜层透光小孔的尺寸大，阵列数量小，小孔尺寸一般为毫米级或亚毫米级，无法使太阳敏感器达到微型化和高精度的要求；也可以采用硅基板镀膜的MEMS工艺加工光线引入器，主要工艺流程是：沉积多层金属薄膜(在硅基板上沉积多层金属薄膜，如：590A厚度的铬膜和2000A厚度的金膜)→涂光刻胶→前烘→曝光→显影→坚膜→腐蚀→去胶，硅基板只能透过大波长光线，如：波长大于1000nm的光线，因此，这种太阳敏感器不仅工艺复杂而且需要选择特殊光谱范围的图像传感器。

3、由于小孔阵列的衍射效应，在大角度时会出现相邻亮斑混迭在一起的现象，从而使普通的矩法失效，限制了视场角的加大。

4、单孔数字式太阳敏感器的图像处理中只需计算一个亮斑的质心，而阵列式结构数字式太阳敏感器的图像处理中则需计算几百个亮斑的质心，还要判断亮斑对应的小孔阵列序号，考虑相邻亮斑间的影响，并通过图像处理消除或减小这种影响，剔除伪点和坏点等。因此，阵列式结构数字式太阳敏感器较单孔数字式太阳敏感器算法复杂，为减小敏感器体积，图像处理模块通常放在星上计算机中，而太阳敏感器只负责输出图像，通用性差。

因此，现有的太阳敏感器还不能适应卫星和航天器发展的要求。

发明内容

本发明的主要目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种微型数字式太阳敏感器。本发明提出的微型数字式太阳敏感器旨在通过太阳敏感器的光线引入器的掩膜层的不等边距和不同尺寸的透光小孔阵列结构设计，减小由图像离散化和图像传感器填充率造成的亮斑中心位置估算偏差引起的随机误差，提高测量精度。

本发明的第二个目的是通过光线引入器掩膜层的MEMS工艺选择，完成微型化并具有高精度尺寸、形状的光线引入器加工，实现微型化并提高测量精度。

本发明的第三个目的是通过图像处理与通讯模块的设计与集成，扩大视场角、提高测量精度和实现微型化。

本发明提出的一种微型数字式太阳敏感器，包括敏感器视窗板、固定在敏感器视窗板上的光线引入器、敏感器电路板盒、安装在盒内的包含数字图像传感器的图像采集与处理模块和敏感器底盖板；其中光线引入器为层叠式结构，由上而下分别是：窄带或中性滤光片、透光基板、掩膜层和防反光层，其特征在于，所说的光线引入器的掩膜层采用不等间距小孔阵列式结构，所说的小孔阵列式结构中开有两种尺寸的方形小孔，两种不同尺寸的小孔和不等间距在行和列中均是交替出现，使每个小孔中心较前一行和前一列的相邻小孔中心向后错位g＝0.05个像素，以减小由图像离散化和图像传感器填充率造成的亮斑中心位置估算偏差引起的随机测量误差；两种不同的小孔尺寸分别是：a₁＝n₁·b， $a_2=a_1-\frac{1}{m}\·b,$ 其中n₁和m是＞1的整常数，b为所选图像传感器的像素径向尺寸；相应的小孔边距分别是： $d_1=n_2\·b+\frac{1}{m},$ d₂＝n₂·b其中n₂是＞1的整常数。

本发明的工作原理结合图1说明如下：

以太阳光为基准，太阳光束通过光线引入器在光探测器上成像为亮斑阵列，亮斑中心位置坐标(x_i，y_i)相对垂直投影位置坐标(x_0i，y_0i)的相对量与太阳方位角θ_i和ρ_i有关，即每个亮斑中心位置对应输出一个太阳角，所有亮斑中心位置输出太阳角的平均值，即 $\mathrm{\θ}=\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\θ}}_i\right)/N$ 和 $\mathrm{\ρ}=\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_i\right)/N$ 作为最终输出的太阳角。

由于成像电路系统的噪声，亮斑的每个像素光强灰度值会在一定范围内出现随机变化，引起亮斑质心估算偏差，进而引起角度的随机测量误差，统计平均的方法可以使误差减小到原误差的

其中N为亮斑数量。

由于数字图像传感器的图像离散化和填充率小于1，亮斑质心位置估算偏差与亮斑质心位置相对像素中心偏移量f有关，图像质心估算偏差在太阳光入射角较小时(≤10°时)，当f取值在-0.5到+0.5之间时正负误差是对称的。因此，可以通过结构设计使f均匀分布在由-0.5到+0.5的20个像素偏移量上，减小由于图像离散化和图像传感器填充率带来的图像质心估算偏差引起的随机测量误差，提高系统测量精度。

上述技术方案可实现本发明的第一个目的。

本发明的光线引入器的窄带滤光片采用常规产品，玻璃基板为石英玻璃，采用MEMS工艺中的掩膜板制备工艺在玻璃基板上制备铬膜掩膜层，防反光层为采用常用的涂胶工艺均匀涂敷的光刻胶。光线引入器掩膜层制备的工艺简单，可达到微小尺寸和形状的高精度，因此可以在有限的面积上加工出大阵列数量的小孔阵列，并可保证小孔阵列结构的尺寸设计的精度要求。此外，窄带滤光片和玻璃基板均为玻璃材质，薄而轻，因而光线引入器的MEMS工艺选择和结构设计可实现本发明的第二个目的。

本发明的图像采集模块选用已有的图像采集器，它包含的数字图像传感器和图像采集控制电路。图像采集和数据传输过程由一片FPGA完成，分辨率高，像素尺寸小。本发明的图像处理与通讯模块包括图像处理电路及其图像处理程序、信号通讯电路及其通讯程序，图像处理与信号通讯电路由DSP、单片机、各种存储器和接口等组成。

为了减小太阳敏感器的面积和体积，本发明的图像采集模块和图像处理与通讯模块中的电子元器件均采用贴片式封装，电路板采用双面贴装元器件，电路板间的连接采用直角接插件，形成层叠式结构。

本发明的图像处理与通讯模块中图像处理过程是：读取图像数据，采用修正的矩法估算各亮斑质心坐标，将各质心坐标值分别代入相应的简化数学模型的修正算法计算太阳角，最后计算太阳角平均值并输出。其中采用的修正的矩法和基于简化数学模型的修正算法，两种方法工作原理如下：

本发明中采用修正的矩法估算每个亮斑质心，并以亮斑质心代替亮斑中心。修正的矩法是在普通矩法的基础上进行除背景和改变视窗大小，而在图像处理过程中，除背景参数和小视窗大小随角度不同而自行调整。这样做的结果首先是提高亮斑质心估算精度，从而提高太阳敏感器角度测量精度，其次是消除太阳光大角度入射时图像中各亮斑之间的相互交迭现象，从而扩大太阳敏感器角度测量范围。

本发明中计算太阳角是基于简化数学模型的修正算法，修正后的数学模型可减小光学系统的非线性误差(在微小尺寸下，图像传感器的玻璃保护层使太阳光在由光线引入器掩膜层到达图像传感器过程中发生折射，这使得数学模型非常复杂)，为简化算法、提高运算速度采用简化的数学模型。但是，简化的数学模型非线性误差较大，需要进行非线性误差修正，通过标定实验确定多项式形式的误差拟合公式作为修正式进行误差修正，可大大减小非线性误差，数学模型中的各参数和修正式系数是通过标定实验确定的。

上述技术方案可实现本发明的第三个目的。

本发明的特点及技术效果：

1、本发明通过太阳敏感器的光线引入器的掩膜层的不等边距和不同尺寸的透光小孔阵列结构设计，减小成像电路系统的噪声和由于图像离散化和图像传感器填充率带来的图像质心估算偏差引起的随机测量误差。

2、本发明通过采用MEMS制作工艺，选用大面阵、小像素尺寸的APS CMOS图像传感器、系统集成化设计，减小敏感器的体积、重量和功耗，达到系统微型化的设计目标。

3、本发明采用改进的修正矩法图像处理方法和基于数学模型的太阳角修正算法，在扩大视场角的同时提高测量精度。

4、一体化。系统集成化设计，敏感器光学系统、图像采集与处理电路集成在一起，直接输出两轴太阳角。

附图说明

图1为微型数字式太阳敏感器的工作原理图。

图2为本发明的微型数字式太阳敏感器的结构示意图。

图3为本发明的外观图。

图4为本发明的本发明的光线引入器结构示意图。

图5为本发明实施例的光线引入器掩膜层局部结构示意图。

图6为本发明实施例的光线引入器掩膜层单孔微观形貌图。

图7为本发明实施例的图像处理与通讯电路原理图。

图8为本发明实施例的图像处理程序流程图。

图9为本发明的光路图。

图10为本发明的角度误差曲线、误差拟合曲线及修正曲线。

图11为本发明实施例的通讯程序流程图。

具体实施方式

本发明设计的微型数字式太阳敏感器结合附图及实施例详细说明如下：

本发明设计的实施例1结构如图2所示，主要包括光线引入器12、图像传感器14及其附属电路24、图像采集控制电路25、图像处理与通讯模块26、敏感器视窗板21、敏感器电路板盒23、电路接口27和敏感器底盖板28。其中的光线引入器12，用于将平行入射的太阳光线进行分光并使之在图像传感器14成像为亮斑阵列，由图像传感器14及其附属电路24、图像采集控制电路25组成的图像采集模块，用于采集由光线引入器引入的亮斑阵列图像，图像处理与通讯模块26，用于读取和处理图像采集模块采集到的包含太阳角信息的图像并输出计算出的太阳角。具体各部分的连接关系为：敏感器视窗盖板21与光线引入器压板22通过螺钉连接将光线引入器12固定，图像采集模块、图像处理与通讯模块用接插件电连接并用螺钉机械连接，一起固定在敏感器电路板盒23内，本发明的图像采集模块和图像处理与通讯模块中的电子元器件均采用贴片式封装，电路板采用双面贴装元器件，电路板间的连接采用直角接插件，形成层叠式结构，有效地减小了太阳敏感器的面积和体积。各电路之间通过电路接口27相互电气连接，只允许通讯线缆进入壳体。敏感器视窗板、敏感器电路板盒和敏感器底盖板之间用螺钉机械连接封闭成一体，如图3所示，图中可见部分是敏感器视窗盖板21、光线引入器12和敏感器电路板盒23，外观尺寸为66mm×66mm×40mm，重量约为450克。

本实施例的光线引入器为层叠式结构，如图4所示，由上而下分别是：窄带滤光片41、玻璃基板42、掩膜层43和防反光层44；其中，窄带滤光片41采用常规产品，厚度约为5mm，其中心频率为483nm，通光带宽为10nm，中心频率的透过率为83％；玻璃基板为石英玻璃，厚度约为1mm；窄带滤光片和玻璃基板均为玻璃材质，薄而轻。采用MEMS工艺中的掩膜板制备工艺在玻璃基板42上制备铬膜掩膜层43，掩膜层的厚度约为130nm；这种制备的工艺简单，可达到微小尺寸和形状的高精度，因此可以在有限的面积上加工出大阵列数量的小孔阵列，并可保证小孔阵列结构的尺寸设计的精度要求。防反光层44为采用常用的涂胶工艺均匀涂敷的光刻胶，厚度约为200nm。光线引入器平面尺寸为38mm×38mm，总厚度约为6mm，到图像传感器的距离为2mm。

本实施例的光线引入器的掩膜层局部结构如图5所示，在掩膜层薄膜上加工有不等边距小孔形成阵列式结构，阵列中各小孔形状均为方形，两种不同尺寸的小孔51、52在行和列中均是交替出现。设计两种不同的小孔尺寸，分别满足：a₁＝n₁·b， $a_2=a_1-\frac{1}{m}\·b,$ 其中n₁＝6和m＝10，b＝10μm，那么，a₁＝60μm，a₂＝59μm；相应的小孔边距分别是： $d_1=n_2\·b+\frac{1}{m},$ d₂＝n₂·b，其中n₂＝25，那么，d₁＝251μm，d₂＝250μm。每个小孔的中心均较前一行(列)小孔的中心向后错位g＝0.5μm(即0.05个像素)。若以第一行第一列的小孔中心的相对像素偏移位置为基准量f＝0，则小孔中心有20种相对像素偏移量f，分别为-0.5、-0.45、-0.4、-0.35、-0.3、-0.25、-0.2、-0.15、-0.1、-0.05、0、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5，阵列数量是：30×30，则共有45组具有不同中心偏移量f的小孔。

本实施例的掩膜层单孔微观形貌由美国Veeco仪器公司生产的MHT-III非接触式三维表面形貌测量仪测得，测量结果如图6所示，图6(a)是掩膜层单孔微观形貌的三维图形，图6(b)是a图的色标尺，图6(c)是图6(a)的截面，其中，横轴是掩膜层上小孔某个边的平行方向，单位为μm，纵轴是掩膜层的厚度方向，单位为nm，由图可见，小孔尺寸为60μm，掩膜层的厚度约为130nm，透光小孔形状规则，尺寸精度理想。

本实施例的图像采集模块选用已有的图像采集器，它包含数字图像传感器和图像采集控制电路。图像传感器分辨率为1024×1024，像素尺寸为10μm×10μm的PB1024型的APS CMOS图像传感器，图像采集和数据传输过程由一片现场可编程门阵列(FPGA)完成。

为了减小太阳敏感器的体积，可以直接将图像采集模块采集到的图像传输给星上计算机，但为了系统的完整性和通用性，本实施例将图像处理与通讯模块与太阳敏感器集成在一起。

本实施例的图像处理与通讯模块由图像处理与信号通讯电路及设置在其中的图像处理程序和通讯程序构成，本实施例的图像处理与通讯模块也可选用已有的同类产品实现，为进一步提高太阳敏感器角度测量精度，本实施例采用的图像处理与通讯模块详细说明如下：

本实施例的图像处理与信号通讯电路的组成如图7所示，包括数字信号处理器(DSP)、单片机、由闪烁存储器(FLASH)、同步动态随机存储器(SDRAM)和双口随机存储器(DPRAM)组成的存储器和由与图像采集模块通讯接口JP2和与星上计算机通讯接口JP3组成的通讯接口，以及为各元件提供时钟的晶振和提供电能的电源。其中，DSP TMS320VC5509通过串行存储器扩展端口扩展串行64k FLASHAT2HP512，用于存储图像处理程序，通过并行存储器扩展端口扩展非线性地址的8MSDRAMHY57V64162HG，用于存储图像数据和图像处理过程中的中间数据，通过并行存储器扩展端口扩展线性地址的16k DPRAM CY7C006，用于存储计算得到的最终太阳角，通过并行存储器扩展端口与图像采集模块通讯接口JP2的选通信号端和数据线连接，用于读取图像采集模块采集到的图像；单片机AT89C52通过并行地址线和数据线与DSP扩展的16k DRAM相连接，可以读取其中的数据，通讯程序存储在单片机内部程序存储器中，通过I/O端口与图像采集模块通讯接口JP2的控制信号端连接，用于控制图像采集模块的图像采集与传输，通过串行通信端口与星上计算机通讯接口JP3连接，用于与星上计算机的通讯；电源TPS73HD801为各有源器件分别提供3.3V和1.6V直流电压源；晶振频率分别是16MHz和11.0596MHz；用于与图像采集模块通讯的图像采集模块通讯接口JP2采用26线接插件，共有8位数据线、12位控制线及电源线；用于与星上计算机通讯的星上计算机通讯接口JP3采用RS232标准串行通讯接口。数据在各器件间的传输与变换过程是：单片机通过对图像采集模块通讯接口JP2操作，控制图像的采集与传输，图像数据由DSP读取并保存于SDRAM中，DSP对SDRAM中的数据进行处理，计算结果(太阳角)写入DRAM中，单片机将最新的计算结果从DRAM中取出并通过星上计算机通讯接口JP3输出。

图中的电子元器件均选用贴片式封装于，以保证电路板的小尺寸。

所说的图像处理与通讯模块中的图像处理程序流程如图8所示，包括以下步骤：

1)读取图像数据(即小孔阵列的图像数据)并写入SDRAM；

2)确定整幅图像中最亮点的灰度值，计算该亮斑上的最大灰度值与间隔3个像素的四个像素灰度值之和的比值；

3)根据比值确定入射角范围和修正矩法的各可调参数；

4)逐个确定亮斑位置，采用修正矩法估算各亮斑质心坐标，确定各质心对应的成像小孔阵列序号；

5)按照阵列序号，将质心坐标值分别代入相应的简化数学模型的修正算法计算太阳角，计算太阳角平均值并输出；

6)太阳角输出值写入DPRAM；

7)重复步骤1)到步骤6)。

上述步骤4)中采用修正矩法估算每个亮斑质心，并以亮斑质心代替亮斑中心(理论分析和仿真结果表明在小角度时两者是基本重合的)。普通矩法公式是： $\hat{x}=\frac{\underset{i,j}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{ij}}{I}_{\mathrm{ij}}}{\underset{i,j}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{ij}}},\hat{y}.=\frac{\underset{i,j}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{ij}}{I}_{\mathrm{ij}}}{\underset{i,j}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{ij}}},$ 式中 是小孔投影质心(x，y)的估计值，x_ij，y_ij是像素点的像素位置坐标，I_ij为相应像素位置上的光强灰度值，m×m为亮斑所在小视窗内的像素数。修正的矩法是在普通矩法公式的基础上进行除背景处理，即在原始图像的灰度值上减去背景的灰度平均值，用以消除图像背景噪声和小孔衍射外环；然后确定合适的小视窗，小视窗大小与亮斑大小相当，与太阳入射角有关。

本实施例采用修正的矩法公式是： $\hat{x}=\frac{\underset{i,j}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{ij}}(I_{\mathrm{ij}}-B)}{\underset{i,j}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(I_{\mathrm{ij}}-B)},\hat{y}=\frac{\underset{i,j}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{ij}}(I_{\mathrm{ij}}-B)}{\underset{i,j}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(I_{\mathrm{ij}}-B)},$ 式中B是背景的灰度平均值，m随太阳光入射角度变化而变化。根据小孔阵列衍射的计算机仿真结果确定不同角度范围内合适的小视窗，实际中根据辨识出的第一个亮斑上的最大灰度值与间隔3个像素的四个灰度值之和的比值估算角度范围，然后根据仿真结果确定除背景的灰度平均值和小视窗大小。因此，在图像处理过程中，除背景参数和小视窗参数随角度不同而自行调整。

上述步骤5)中计算太阳角是基于简化数学模型的修正算法，修正后的数学模型可减小光学系统的非线性误差。如图9所示，在微小尺寸下，图像传感器的玻璃保护层92使太阳光在由光线引入器掩膜层91到达图像传感器93过程中发生折射，这使得该数学模型：x＝(h₁+h₃)tanα+h₂tanα′非常复杂，式中α和α′的关系由公式sinα＝ksinα′决定，k是玻璃的折射率，x是亮斑质心相对小孔垂直投影中心的坐标，h₁是光线引入器掩膜层91到玻璃保护层92的距离，h₂是玻璃保护层92的厚度，h₃是玻璃保护层92到图像传感器93的距离。本实施例为简化算法、提高运算速度采用简化的数学模型： $\mathrm{\α}=\arctan \left(\frac{x}{h}\right),$ 式中h为使角度误差最小的等效值。简化的数学模型非线性误差较大，需要进行非线性误差修正。通过理论计算可得到基于简化数学模型的太阳敏感器的误差曲线，由误差曲线可得到的多项式形式的误差拟合曲线，由误差拟合曲线可得到多项式形式的修正式：Δα＝k₁α³+k₂α²+k₃0.014α，式中k₁、k₂和k₃是多项式系数，α是敏感器输出角度，Δα是角度修正值，经过修正的数学模型可大大减小非线性误差。本实施例中，尺寸h₁＝550μm、h₂+h₃＝1500μm，以±10°以内误差最小为确定条件计算出等效量h＝1864.3μm。角度误差曲线和多项式形式的误差拟合曲线如图10a所示，测量误差是：0.005°(20°×20°视场角内)，2.2°(20°×20°～128°×128°视场角内)，多项式误差修正公式是：Δα＝0.0000051α³-0.00108α²+0.014α，经过修正结果如图10b所示，角度误差是：0.004°(20°×20°视场角内)，0.06°(20°×20°～128°×128°视场角内)。

所说的图像处理与通讯模块中的信号通讯程序的流程如图11所示，包括以下步骤：

1)单片机上电复位，初始化MODE＝0(拍摄模式)，延时1μs，START＝1，启动图像采集器工作(MODE为图像采集器工作模式设置端口，0为拍摄模式，1为数据传输模式；START为图像采集器工作启停控制端口，0为停止工作，1为开始工作)；

2)等待BUSY＝0，直到拍摄完成(BUSY为图像采集器忙标志，0为不忙，1为忙)；

3)赋值START＝0，图像采集器停止工作，延时1μs；

4)MODE＝1(数据传输模式)，延时1μs，START＝1，启动图像采集器工作；

5)输出PIX_CLK和ROW_CLK脉冲信号，进行数据传输(PIX_CLK是数据传输的像素输出脉冲信号，ROW_CLK是数据传输的图像换行输出脉冲信号)；

6)等待BUSY＝0，直到数据传输完成；

7)START＝0，图像采集器停止工作，延时1μs；

8)读取DRAM数据(角度值)，由串口输出数据，DRAM赋值未更新标志0FFH；

9)重复1)到8)。

以上步骤为根据电路所设计接口的常用程序流程。

本发明可达到优异的性能指标：

外观尺寸：   66mm×66mm×40mm

重量：       约为450克

功耗：       低于500mW

视场角：     128°×128°

测量精度：   0.005°(20°×20°视场角内)

             0.1°(20°×20°～128°×128°视场角内)

Claims (4)

1、一种微型数字式太阳敏感器，包括光线引入器，由图像传感器及其附属电路和图像采集控制电路组成的图像采集模块，以及图像处理与通讯模块；其中，所述的光线引入器用于将平行入射的太阳光线进行分光并使之在图像传感器成像为亮斑阵列；所述的图像采集模块用于采集由光线引入器引入的亮斑阵列图像；图像处理与通讯模块用于读取和处理图像采集模块采集到的包含太阳角信息的图像并输出计算出的太阳角；所述的光线引入器为层叠式结构，由上而下分别是：窄带或中性滤光片、透光基板、掩膜层和防反光层，其特征在于，所说的光线引入器的掩膜层采用不等间距小孔阵列式结构，所说的小孔阵列式结构中开有两种尺寸的方形小孔，两种不同尺寸的小孔和不等间距在行和列中均是交替出现，使每个小孔中心较前一行和前一列的相邻小孔中心向后错位g＝0.05个像素。

2、如权利要求1所述的微型数字式太阳敏感器，其特征在于，所述两种不同的小孔尺寸分别是：a₁＝n₁·b， $a_2=a_1-\frac{1}{m}\·b,$ 其中n₁和m是＞1的整常数，b为所选图像传感器的像素径向尺寸；相应的小孔边距分别是： $d_1=n_2\·b+\frac{1}{m},$ d₂＝n₂·b其中n₂是＞1的整常数。

3、如权利要求1所述的微型数字式太阳敏感器，其特征在于，所述的透光基板为石英玻璃，所述的掩膜层为用MEMS工艺中的掩膜板制备工艺在该石英玻璃基板上制备的铬膜层，所述的防反光层为采用常用的涂胶工艺均匀涂敷的光刻胶层。

4、如权利要求1所述的微型数字式太阳敏感器，其特征在于，所说的图像处理与通讯模块由图像处理与信号通讯电路及设置在其中的图像处理程序和通讯程序构成；其中，所述的图像处理与信号通讯电路包括数字信号处理器、单片机、存储器和通讯接口，以及为各元件提供时钟的晶振和提供电能的电源，所述的单片机通过通讯接口控制图像的采集与传输，所述的数字信号处理器读取图像数据并对该数据进行处理，该存储器用于保存数字信号处理器读取及计算处理的图像数据，所述通讯接口用于与图像采集器连接的通讯接口和与星上计算机通讯的通讯接口；所述的图像处理程序采用采用修正的矩法估算各亮斑质心坐标，将各质心坐标值分别代入相应的简化数学模型的修正算法计算太阳角，最后计算太阳角平均值。

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