JP2645109B2 - Sun sensor - Google Patents

Sun sensor

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JP2645109B2
JP2645109B2 JP63252720A JP25272088A JP2645109B2 JP 2645109 B2 JP2645109 B2 JP 2645109B2 JP 63252720 A JP63252720 A JP 63252720A JP 25272088 A JP25272088 A JP 25272088A JP 2645109 B2 JP2645109 B2 JP 2645109B2
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聡 赤羽
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Toshiba Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、例えば人工衛星の姿勢制御や、太陽電池
パドルの制御等に用いられる太陽センサに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a solar sensor used for attitude control of an artificial satellite, control of a solar battery paddle, and the like.

(従来の技術) 一般に、この種の太陽センサは第5図に示すように、
太陽電池素子等の一辺が傾斜された四辺形状の一対の光
電素子1a,1bを互いの斜辺を対向させて組合わせ配置
し、これら光電素子1a,1bの各斜辺に略直交して対向さ
れるスリット2aを有したマスク部材2をhの間隔を有し
て対向配置する。これら光電素子は、太陽光が基準軸に
対して太陽入射角Θでマスク部材2のスリット2aから入
射して、太陽像3が結像されると、その太陽像3に対応
した出力電圧A及びBをそれぞれ発生する。これら光電
素子1a,1bの各出力電圧A及びBは図示しない信号処理
系に導かれて、 C=(A−B)/(A+B) の演算が施され、太陽角信号Cが生成される。
(Prior Art) Generally, this type of sun sensor is, as shown in FIG.
A pair of photoelectric elements 1a and 1b each having a quadrangular shape with one side inclined such as a solar cell element are arranged in combination with their oblique sides facing each other, and are opposed substantially orthogonally to the respective oblique sides of these photoelectric elements 1a and 1b. The mask members 2 having the slits 2a are arranged facing each other with an interval of h. When the sunlight enters from the slit 2a of the mask member 2 at the solar incident angle に 対 し て with respect to the reference axis and the solar image 3 is formed, the output voltages A and A corresponding to the solar image 3 B respectively. The output voltages A and B of the photoelectric elements 1a and 1b are guided to a signal processing system (not shown), and the calculation of C = (AB) / (A + B) is performed to generate a sun angle signal C.

ここで、太陽角信号Cは第5図(b)に示す如く、非
感度軸角度β(スリット方向の太陽入射角)の値と無関
係に感度軸α(スリットに対して直交する方向の太陽入
射角)により決定され、その光電素子1a,1bの形状や、
効率、除算器特性で決定する定数をDとすると、 C=D・tanΘ の式で表わされる。このため、太陽角信号Cは、Θ≒ta
nΘで近似される角度範囲でのみ太陽角情報として供さ
れる。
Here, as shown in FIG. 5 (b), the sun angle signal C is independent of the value of the insensitive axis angle β (the sun incident angle in the slit direction) and the sensitivity axis α (the sun incident in the direction orthogonal to the slit). Angle), the shape of the photoelectric elements 1a and 1b,
Assuming that a constant determined by the efficiency and the divider characteristics is D, the constant is expressed by the equation C = D · tan ・. Therefore, the sun angle signal C is Θ ≒ ta
It is provided as sun angle information only in the angle range approximated by nΘ.

ところで、上記のような太陽センサにあっては、その
方式上、太陽角信号Cに、Θ≒tanΘの近似誤差が第6
図に示す如く発生して、例えば太陽入射角Θ=20゜の場
合で、絶対値で約4.3%の誤差を有する。
By the way, in the above-described sun sensor, the approximation error of {tan} is the sixth error in the sun angle signal C due to its method.
It occurs as shown in the figure, and has an error of about 4.3% in absolute value when, for example, the solar incident angle Θ = 20 °.

そこで、従来は、Θ≒tanΘの近似誤差が許容できる
角度範囲内で使用することとしていた。また、tan-1C/D
の演算を施すように構成する場合には、その信号処理系
が非常に複雑にとなるという問題を有していた。
Therefore, conventionally, it has been determined that the angle is used within an angle range in which an approximation error of {tan} is allowable. Also, tan -1 C / D
In such a case, there is a problem that the signal processing system becomes very complicated.

(発明が解決しようとする課題) 以上述べたように、従来の太陽センサでは、近似誤差
が許容できる範囲で使用し、逆にΘ≒tanΘの近似誤差
を補正するためには、tan-1C/Dの演算を施すように構成
する必要があるので、計測角度が広い場合、大きな誤差
がでて、その補正をするのに非常に複雑な信号処理系を
要するという問題を有していた。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional sun sensor, the approximation error is used within an allowable range, and conversely, in order to correct the approximation error of {tan}, tan -1 C Since it is necessary to perform the calculation of / D, there is a problem that when the measurement angle is wide, a large error occurs and a very complicated signal processing system is required to correct the error.

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易
な構成で、かつ、Θ≒tanΘの近似誤差の補正された高
精度な太陽角情報の検出を実現し得るようにした太陽セ
ンサを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a sun sensor having a simple configuration and capable of realizing highly accurate detection of sun angle information in which an approximation error of {tan} has been corrected. The purpose is to do.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明は一辺が傾斜された四辺形の該斜辺を互いに
対向させて組合わさせた光エネルギを電気エネルギに変
換してなる一対の光電素子と、この光電素子の斜辺に略
直交して対向されるスリットを有し、太陽に対向配置さ
れるマスク部材と、このマスク部材のスリットを介して
太陽像が結像された前記光電素子の出力電圧から太陽角
信号を生成する信号処理系とを備えてなる太陽センサに
おいて、前記太陽角信号に電流制限をかけて太陽入射角
Θに対してtanΘとなる方向と逆方向に補正し、Θ≒tan
Θの近似誤差を補正する非線形素子を有した補正回路を
設けて構成したものである。
[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention relates to a pair of photoelectric elements formed by converting light energy obtained by combining oblique sides of a quadrangle with one side thereof facing each other into electric energy. A mask member disposed to face the sun and having a slit substantially orthogonal to the oblique side of the photoelectric element, and an output of the photoelectric element in which a solar image is formed through the slit of the mask member. In a sun sensor comprising a signal processing system that generates a sun angle signal from a voltage, a current limit is applied to the sun angle signal to correct the sun angle of incidence Θ in a direction opposite to tan Θ, tan
A correction circuit having a non-linear element for correcting the approximation error of Θ is provided.

(作用) 上記構成によれば、太陽角信号はtanΘに比例して太
陽入射角Θよりも増加しようとするが、補正回路でΘに
近付く逆方向の補正がかかり、Θ≒tanΘの誤差が補正
される。これにより、従来のようにtan-1C/Dの演算を施
すことなく、Θ≒tanΘの誤差の補正が実現されること
により、その信号処理系の簡略化が図れる。
(Operation) According to the above configuration, the sun angle signal tends to increase from the sun incident angle Θ in proportion to tan 、, but correction is performed in the reverse direction approaching Θ by the correction circuit, and the error of Θ ≒ tanΘ is corrected. Is done. As a result, the error correction of {tan} is realized without performing the tan -1 C / D operation as in the related art, thereby simplifying the signal processing system.

(実施例) 以下、この発明の実施例について、図面を参照して詳
細に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図はこの発明の一実施例に係る太陽センサを示す
もので、太陽電池素子等の一辺が傾斜された四辺形状の
一対の光電素子10a,10bが高いの斜辺を対向させて組合
わせ配置される。これら光電素子10a,10b上には、その
各斜辺に略直交させてマスク部材のスリット11が対向配
置され(図中では、マスク部材のスリットのみを図
示)、その各出力端は、信号処理系の加算器12及び減算
器13に接続される。これら加算器12及び減算器13の出力
端は除算器14に接続される。この除算器14の出力端に
は、補正回路15及び出力バッファ16を介して信号出力端
Eが接続される。この補正回路16は非線形素子、例えば
抵抗R1及びツェナーダイオードCR1,CR2で構成され、抵
抗R1を約10kΩ、ツェナーダイオードCR1,CR2の降伏電圧
を4.7Vとすると、入力側のX位置の電圧と出力側のY位
置の電圧の関係が第2図に示す如き特性を有する。
FIG. 1 shows a solar sensor according to an embodiment of the present invention, in which a pair of quadrilateral photoelectric elements 10a and 10b having one side inclined, such as a solar cell element, is arranged in combination with the high oblique sides facing each other. Is done. On these photoelectric elements 10a and 10b, slits 11 of a mask member are disposed so as to be substantially orthogonal to respective oblique sides thereof (only slits of the mask member are shown in the drawing), and each output end thereof is connected to a signal processing system. Are connected to the adder 12 and the subtractor 13. Output terminals of the adder 12 and the subtractor 13 are connected to a divider 14. A signal output terminal E is connected to an output terminal of the divider 14 via a correction circuit 15 and an output buffer 16. This correction circuit 16 is composed of a non-linear element, for example, a resistor R1 and Zener diodes CR1 and CR2. Assuming that the resistor R1 is approximately 10 kΩ and the breakdown voltage of the Zener diodes CR1 and CR2 is 4.7 V, the voltage at the X position on the input side and the output The relationship between the voltages at the Y position on the side has characteristics as shown in FIG.

上記構成において、光電素子10a,10bは、太陽光が基
準軸に対して太陽角Θの角度でスリット11から入射し
て、太陽像17が結像されると、その太陽像17に対応した
出力電圧A及びBをそれぞれ発生して加算器12及び減算
器13に出力する。これら加算器12及び減算器13は、それ
ぞれ光電素子10a,10bの各出力電圧A及びBを加算及び
減算して除算器14に出力する。すると、この除算器14は C=(A−B)/(A+B) の演算を施して、太陽角信号Cを生成する。この太陽角
信号Cは第3図に示すように、太陽入射角Θに対してD
・tanΘ(Dは定数)の特性を有しており、第2図に示
す如き特性を有する補正回路15に導かれて太陽入射角Θ
に対してtanΘとなる方向と逆方向の補正がかけられて
太陽入射角Θに比例するように補正される。この場合、
補正回路15の調整に要するパラメータは、除算器14の出
力ゲイン、抵抗R1の値、ツェナーダイオードCR1,CR2の
降伏電圧により決定される。そして、このツェナーダイ
オードCR1,CR2の降伏電圧以上は、出力が増加しないこ
とにより、該降伏電圧が飽和出力となり、この降伏電圧
までが太陽角検出範囲となる。
In the above configuration, when the solar light enters the slit 11 at an angle of the sun angle に 対 し て with respect to the reference axis, and the solar image 17 is formed, the photoelectric elements 10a and 10b have an output corresponding to the solar image 17. Voltages A and B are generated and output to the adder 12 and the subtractor 13, respectively. The adder 12 and the subtractor 13 add and subtract the output voltages A and B of the photoelectric elements 10a and 10b, respectively, and output the result to the divider 14. Then, the divider 14 performs an operation of C = (A−B) / (A + B) to generate the sun angle signal C. As shown in FIG. 3, this sun angle signal C is D
Has a characteristic of tan Θ (D is a constant), and is guided to a correction circuit 15 having a characteristic as shown in FIG.
Is corrected in the direction opposite to the direction in which tan is applied, and is corrected so as to be proportional to the solar incident angle Θ. in this case,
The parameters required for adjustment of the correction circuit 15 are determined by the output gain of the divider 14, the value of the resistor R1, and the breakdown voltage of the Zener diodes CR1 and CR2. Since the output does not increase above the breakdown voltage of the Zener diodes CR1 and CR2, the breakdown voltage becomes a saturated output, and the range up to the breakdown voltage becomes the sun angle detection range.

次に、上記補正回路15で補正された太陽角信号Cは、
出力バッフェ16を介して信号出力端Eに導かれ、第4図
に示すように、Θ≒tanΘの誤差の補正された太陽入射
角Θに比例した高精度な太陽角情報が求められる。
Next, the sun angle signal C corrected by the correction circuit 15 is
The signal is guided to the signal output terminal E via the output buffer 16, and as shown in FIG. 4, high-accuracy sun angle information proportional to the solar incident angle Θ ≒ corrected for the error of Θ ≒ tanΘ is obtained.

なお、上記ツェナーダイオードCR1,CR2としては、そ
の降伏電圧が上記4.7Vのものに限るものでなく、そのツ
ェナー電圧温度係数γzが0mV/℃となる降伏電圧5V付近
のものが用いられる。
The Zener diodes CR1 and CR2 are not limited to those having a breakdown voltage of 4.7 V, and those having a breakdown voltage near 5 V at which the Zener voltage temperature coefficient γz is 0 mV / ° C. are used.

このように、上記太陽センサは太陽角信号Cに電流制
限をかけて太陽角Θに対してtanΘとなる方向と逆方向
に補正する補正回路15を設け、tanΘに比例して太陽入
射角Θよりも増加するΘ≒tanΘの誤差が補正された太
陽角情報を検出し得るように構成したことにより、従来
のようにtan-1C/Dの演算を施すことなく、Θ≒tanΘの
誤差の補正が実現できるために、その信号処理系の簡略
化が可及的に実現される。
As described above, the sun sensor is provided with the correction circuit 15 that limits the current of the sun angle signal C and corrects the sun angle Θ in the direction opposite to the direction of tan Θ with respect to the sun angle Θ. By increasing the error of 増 加 tanΘ, it is possible to detect the corrected sun angle information, so that the error of Θ ≒ tanΘ can be corrected without performing the calculation of tan -1 C / D as in the past. Can be realized, so that the signal processing system can be simplified as much as possible.

なお、この発明は上記実施例に限ることなく、その
他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実
施し得ることは勿論のことである。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

[発明の効果] 以上詳述したように、この発明によれば、簡易な構成
で、かつ、Θ≒tanΘの近似誤差の補正された高精度な
太陽角情報の検出を実現し得るようにした太陽センサを
提供することができる。
[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the present invention, it is possible to realize highly accurate detection of sun angle information with a simple configuration and with correction of the approximation error of {tan}. A sun sensor can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の一実施例に係る太陽センサを示すブ
ロック図、第2図乃至第4図はそれぞれ第1図の動作を
説明するために示した特性図、第5図及び第6図は従来
の太陽センサの問題点を説明するために示した図であ
る。 10a,10b……光電素子、11……スリット、12……加算
器、13……減算器、14……除算器、15……補正回路、16
……出力バッファ、17……太陽像。
FIG. 1 is a block diagram showing a sun sensor according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 4 are characteristic diagrams for explaining the operation of FIG. 1, and FIGS. 5 and 6. FIG. 3 is a view for explaining a problem of a conventional sun sensor. 10a, 10b: photoelectric element, 11: slit, 12: adder, 13: subtractor, 14: divider, 15: correction circuit, 16
…… Output buffer, 17 …… Solar image.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一辺が傾斜された四辺形の該斜辺を互いに
対向させて組合わさせた光エネルギを電気エネルギに変
換してなる一対の光電素子と、この光電素子の斜辺に略
直交して対向されるスリットを有し、太陽に対向配置さ
れるマスク部材と、このマスク部材のスリットを介して
太陽像が結像された前記光電素子の出力電圧から太陽角
信号を生成する信号処理系とを備えてなる太陽センサに
おいて、前記太陽角信号に電流制限をかけて太陽角Θに
対してtanΘとなる方向と逆方向に補正し、Θ≒tanΘの
近似誤差を補正する非線形素子を有した補正回路を具備
したことを特徴とする太陽センサ。
1. A pair of photoelectric elements which convert light energy obtained by combining the oblique sides of a quadrangle with one side thereof facing each other into electric energy, and which is substantially orthogonal to the oblique side of the photoelectric element. A mask member having a slit opposed to the sun, and a signal processing system for generating a sun angle signal from an output voltage of the photoelectric element in which a solar image is formed via the slit of the mask member; In a solar sensor comprising: a correction having a non-linear element for correcting the sun angle signal to a direction opposite to tan Θ with respect to the sun angle か け て by applying current limitation to the sun angle signal, and correcting an approximation error of Θ ≒ tan Θ A sun sensor comprising a circuit.
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