DE4214136A1 - Sonnensensor fuer z-achsen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnensensor für Z-Achsen zur Lage­ bestimmung von Satelliten gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Sonnensensoren für Z-Achsen zur Lagebestimmung von Satelliten sind an sich bekannt. Aus der Druckschrift "Spacecraft Attitude Determination and Control" von James R. Wertz , D. Reidel Publishing Company, 1985 sind die Grundlagen für eine Lagebestimmung von Satelliten bekannt, wo­ bei hierfür unter anderem die relative Lage der Sonne zum Koordinatensy­ stem des Satelliten vorgeschlagen wird. In dem Schemabild gemäß Fig. 1 ist in vereinfachter Form eine solche Lagebestimmung mittels Sonnensen­ soren skizziert. Hierbei stellt "S" den Sonnenvektor dar, α den Winkel der Sonnenvektor-Projektion auf die XZ-Ebene zur Z-Achse und β den Winkel der Sonnenvektor-Projektion auf die YZ-Ebene zur Z-Achse. Zur La­ gebestimmung müssen also für diese Winkel α und β beim Stand der Technik zwei Sonnensensoren, die im Winkel von 90° zueinander angeordnet sind, verwendet werden.

Bei diesen bekannten Sonnensensoren der Anmelderin wird der Auftreff­ punkt des durch einen Spalt einfallenden Sonnenlichtes auf einer Detek­ torzeile mit 2048 nebeneinander liegenden Detektoren zur Ermittlung des Einfallwinkels verwendet. Um nun die beiden Winkel α und β messen zu können, werden - wie bereits angeführt - zwei solcher Sensoren bzw. Sen­ sorköpfe in 90°-Anordnung benötigt, und damit verbunden auch zwei Detek­ torzeilen mit der zugehörigen Ausleseelektronik und extra noch eine Elektronikbox für das Lageregelungssystem.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sonnensen­ sor der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem die Winkel α und β mit nur einem Sensor und einer Detektorzeile bestimmt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen ge­ löst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbei­ spiel erläutert. Durch die Figuren der Zeichnung werden diese Erläute­ rungen ergänzt. Es zeigen

Fig. 1 ein Schemabild zur Lagebestimmung mittels eines Sonnensensors nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Aufbaues eines Sonnensensor- Ausführungsbeispieles für gleichzeitige Bestimmung der Winkel α und β.

Der generelle Erfindungsgedanke sieht vor, daß durch eine entsprechende Formgebung des Lichteintrittsspaltes und Anordnung der Detektorzeile, die Bestimmung der Winkel α und β mit nur einem Sensor und einer De­ tektorzeile ermöglicht wird, wobei das bisher bestehende Meßprinzip bei­ behalten werden kann. Es wird also die örtliche Lage bzw. der Auftreff­ punkt auf eine im Abstand "a" angeordnete fläche des durch einen Spalt "S" einfallenden Lichtes zur Bestimmung der Einfallwinkel verwendet.

Um den Ort des auftreffenden Lichtes zu ermitteln, werden - wie bisher - lichtempfindliche Detektoren verwendet, die nacheinander mit definiertem Abstand und zeilenförmig angeordnet sind. Solche Anordnungen stehen nach Detektoranzahl und Arbeitsprinzip in den verschiedensten Ausführungsfor­ men zur Verfügung. Um die beleuchteten Detektoren zu ermitteln, werden die Spannungen aller Detektoren in periodischen Zeitabständen ausgele­ sen. Diese Auslesung erfolgt seriell, d. h. am Ausgang der Ausleseelek­ tronik der Detektorzeile liegen zeitlich nacheinander Spannungen der De­ tektoren 1 bis n an, welche proportional zum Lichteinfall auf dem ent­ sprechenden Detektor sind.

Solche Detektorzeilen sind entweder auf Photodioden oder auf CCD′s (charge coupled devices) aufgebaut. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird von einer Detektorzeile mit 4000 Einzeldetektoren ausgegangen. Der Bestrahlungszustand jedes einzelnen numerierten Detektors wird am Aus­ gang der Ausleseelektronik abgefragt. Eine nachgeschaltete Auswertelek­ tronik berechnet dann aus den Nummern der belichteten Detektoren den oder die Einfallwinkel des Lichtes.

Wie in der Fig. 2 veranschaulicht, ist der Eintrittsspalt S der Blende rechteckförmig ausgebildet. Zur Optimierung können unter Umständen auch andere Winkel verwendet werden. Bei genau senkrecht einfallendem Licht - der Sonnenvektor steht dann senkrecht zur Sensorfläche (α=0°, β=0°) - beleuchten die Spaltabbildungen die Detektoren mit den Nummern 1000 und 3000. Treffen nun die Sonnenstrahlen unter anderen Winkeln auf, so resultiert dies in einer Bewegung der Spaltabbildung auf der Ab­ bildungsebene. Im gültigen Meßbereich - also im Bewegungsbereich des Punktes E der Spaltabbildung auf der Abbildungsebene - kann der Ein­ fallswinkel α aus dem gerade beleuchteten Detektor(en) im Bereich der Nummern 1 bis 2000 bestimmt werden und der Einfallswinkel β aus dem oder den gerade beleuchteten Detektoren im Bereich der Nummern 2001 bis 4000. Die maximalen Endwerte der meßbaren Winkel sowie die Winkel für die Mittenstellung - in der die Detektoren 1000 und 3000 beleuchtet sind - ergeben sich aus der geometrischen Anordnung des Eintrittsspaltes zur Abbildungsebene (Abstand, seitlicher Versatz) und sind konstruk­ tionstechnisch einstellbar. Vorteilhafterweise werden die Detektorzeile und ihr Träger sowie die Ausleseelektronik und die Auswerteelektronik in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.

Claims (4)

1. Sonnensensor für Z-Achsen zur Lagebestimmung von Satelliten, bei dem der Auftreffpunkt des durch einen Spalt einfallenden Sonnenlichtes auf einer aus einer Vielzahl von Einzelsensoren bestehender Detektorzei­ le zur Ermittlung des Einfallswinkels herangezogen wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Lichteintrittsspalt S, der in einem bestimmten Abstand über der Detektorzeile einer Meßbereichsebene angeordneten Blen­ de, rechteckig oder in einem bestimmten Winkel ausgebildet ist und der Einfallswinkel α des Sonnenlichts aus den beleuchteten Detektoren (beispielsweise Detektor(en) 1 bis 2000) der einen Hälfte der Detektor­ zeile und gleichzeitig der Einfallswinkel β aus den beleuchteten De­ tektoren (beispielsweise Detektor(en) 2001 bis 4000) der anderen Hälf­ te der Detektorzeile am Ausgang einer Ausleseelektronik abgefragt und in einer anschließenden Auswerteelektronik berechnet wird.

2. Sonnensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximalen Endwerte der meßbaren Winkel sowie die Winkel in Mittenstel­ lung (Sonne senkrecht zum Spalt) aus der geometrischen Anordnung des Eintrittsspaltes im Abstand (a) und der seitliche Versatz zur Abbil­ dungsebene ermittelt werden.

3. Sonnensensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) und der seitliche Versatz zur Abbildungsebene ein­ stellbar sind.

4. Sonnensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Detektorzeile zusammen mit ihrem Träger, der Verkabe­ lung und der Ausleseelektronik sowie die Auswerteelektronik in einem ge­ meinsamen Gehäuse angeordnet sind.