地球反照对数字太阳敏感器的影响分析

地球反照对太阳敏感器性能有重要影响,同时也制约着太阳敏感器在卫星上的安装。由于数字太敏感器本身独特的结构模型,所以需要采取有针对性的方法对其进行影响分析。本文在此模型基础上提出了利用图像技术的地球反照影响分析方法,为太阳敏感器在航天器上的应用与安装提供了技术支持。

面向微小卫星的全视场数字太阳敏感器设计

本文提出一种新型的全视场数字太阳敏感器设计方法,其光学系统由全景鱼眼镜头和滤光膜组成。采用低功耗设计,在满足精度的要求下,使其能够适应微小卫星对于数字太阳敏感器功耗的限制。从工作原理出发,建立起该敏感器模型并通过软硬件实现,利用太阳模拟器对数字太阳敏感器进行标定及误差分析。实验表明,基于全景鱼眼镜头的数字太阳敏感器的视场为180°×360°,在160°×360°视场的测量3δ精度优于0.18°,整机功耗150 m W,能够满足微小卫星姿态确定系统对于数字太阳敏感器的需求。

数字太阳敏感器成像建模与仿真

为了仿真太阳光的成像情况,基于标量衍射理论、辐射度学建立了包括光学系统模型和光电转换模型在内的完整的数字太阳敏感器成像模型。该模型适用于视场范围内任意角度入射的太阳光。同时,该模型所包含的从太阳辐射到成像面上像元灰度的能量转换体系完整准确。将太阳辐射作为模型输入进行了数值仿真,并与基于太阳模拟器的地面实验结果进行了对比分析。结果表明,该成像模型能比较准确地模拟太阳光的成像情况。该研究为后续的基于太阳敏感器的太阳光和杂散光成像仿真和对比研究提供了基础。

应用于IGSO卫星的数字太阳敏感器热控设计

相对于传统太阳敏感器(热耗为零)而言,国内新研制的数字太阳敏感器线路板上的芯片具有一定热耗。为解决其散热问题,以应用于倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的数字一体化太阳敏感器为例,提出了较为简单有效的热控方案,建立热物理模型对数字太阳敏感器进行组件级热分析,并通过在轨飞行数据验证了设计的合理性。结果表明:对于具有一定热流密度的小尺寸部件而言,在辐射换热面积增幅较为有限的条件下,有效增大其传导换热的热控方案要明显优于加强辐射换热的方案;同时要结合外热流情况,优化选择散热面。此方案可较好地满足印制电路板(PCB)上各芯片结温的一级降额温度指标要求,也可为同类产品的设计提供参考。

数字太阳敏感器光学系统的抗辐照特性研究

针对现行数字太阳敏感器光学系统的光学材料抗辐照能力不足影响产品寿命,提出在高纯石英玻璃表面加镀高截止深度的截紫外膜取代现役耐辐照石英玻璃。研究了高纯玻璃加镀截紫外膜的方案设计、工艺实现和电离总剂量抗耐辐照试验等。该方法使太敏的光学系统抗辐照能力达到15a寿命的设计指标要求,即在满足可见光波段高透过率的同时紫外波段的透过率低于1%,有效提高了太敏的抗辐照能力。

数字式太阳敏感器系统精度提升方法及验证

研究了利用数字式太阳敏感器获取卫星姿态角的精度提升方法。针对使用数字太阳敏感器参数直接计算姿态角存在较大系统误差的情况,利用光线传播原理,给出了修正折射影响的非线性角度计算公式,并提出了控制系统软件解算非线性方程的两种方法,以及星上编程计算的具体实现方式。最后以实测的数据进行了验证,相比于之前的无修正角度,两种修正方法的计算精度均提升了约3.94°,相比于其他系统误差修正的多元函数拟合法,精度从0.04°提升至0.02°,从而验证了该修正方法在轨编程计算实现的可行性和提高系统精度的有效性。

大视场数字式太阳敏感器设计

提出了一种新型的大视场数字式太阳敏感器设计方法,其光学系统由全景环形光学镜头和滤光膜组成。该敏感器具有视场大、结构简单及功耗低的特点。从工作原理出发,建立了该敏感器模型,并利用搭建的实验平台,对敏感器进行精度标定。设计中,采用非线性最小均方最优解来确定模型中的参数。对测量误差进行分析,消除系统误差后,敏感器的测量精度由0.4°提高到0.02°。测试结果表明此太阳敏感器具有120°×180°的大视场和0.02°的测量精度,能很好满足视场要求较高的姿态确定系统。

基于修正矩法的数字太阳敏感器图像处理

为提高数字太阳敏感器的角度测量精度,降低计算量,提高运算速度,选用矩法进行太阳成像质心的估算。针对矩法对图像背景敏感的缺点,考虑数字太阳敏感器所成图像背景大而有效亮斑小的特点,对矩法进行修正以消除背景影响,通过小孔衍射的计算机仿真结果确定修正矩法中的关键参数。在数字太阳敏感器的标定实验中,用修正矩法处理图像,分析了影响质心精度的因素,结果表明修正矩法在很大程度上消除了背景对质心估算精度的影响。综合各种误差因素后,在整个±64°视场内太阳敏感器成像质心的估算精度达到0.02像素。

数字式太阳敏感器测试方法的研究

数字太阳敏感器的性能测试工作在数字太阳敏感器的研制周期中具有特别重要的作用。为了缩短数字太阳敏感器的研制周期,提高其测试标定的精度,提出了一种新型的数字太阳敏感器的测试方法,研制出一套适用于数字太阳敏感器性能检测的自动测试系统,该系统利用平行光管模拟真实的太阳光源,通过接口适配器和和数据采集处理系统完成了数字太阳敏感器的性能检测。测试结果表明所提出的方法和研制的设备能够完成数字太阳敏感器的性能测试工作并能提高测试精度和效率。

基于MEMS的数字式太阳敏感器光学系统设计

为数字式太阳敏感器设计了一种光学系统。从标量的菲涅尔-基尔霍夫衍射理论出发,建立了圆孔结构数字式太阳敏感器的光学系统成像模型,在计算机上实现光学系统的数值仿真,并根据数值仿真的结果进行了光学系统参数的设计。该光学系统参数为:距离4 mm,圆孔半径50μm,孔间距700μm。针对所设计的光学系统,利用太阳模拟器完成了地面实验。实验结果表明,光学系统设计合理,能满足微小卫星对敏感器小型化、高精度的要求。

基于CMOS图像传感技术的新型数字式太阳敏感器

数字式太阳敏感器是目前应用于航天器姿态控制系统的高精度敏感器。随着有源像素传感器(APS)作为新型图像传感器件在空间任务中的广泛应用,一种以APS为技术基础的新型数字式太阳敏感器以视场大、精度高、微型化、低功耗等特点,正在成为现阶段太阳敏感器的最新趋势。介绍了这种太阳敏感器的研制情况,其中详细阐述了设计原理、系统实现方案以及地面闭环测试等技术工作。

数字式太阳姿态敏感器抗干扰特性研究

分析了天体干扰光斑的位置和光强对卫星数字式太阳敏感器姿态角输出的影响。基于太阳光斑和天体干扰光斑具有不同的输出电压和位置特性,提出了一种分别计算每个光斑的输出电压值和入射角度的比值,并与标定的太阳垂直入射时输出电压值作比较而得到正确太阳姿态角的新抗干扰方法。

石英局部集中应力对数字太阳敏感器精度的影响

理论分析了石英材料内应力对数字太阳敏感器精度的影响机理,对石英样片进行了应力双折射测试,将不同的石英样片装在数字太阳敏感器单机上进行了全视场测试,给出了控制石英材料应力等级的措施。研究结果表明,只有局部内应力集中的石英样片才会产生干扰光斑,这与理论分析结果相吻合。

大视场、高精度数字式太阳敏感器

1 引言 太阳具有离地球近、亮度高、发光均匀等特点,把它作为测量目标,测量太阳矢量在敏感器坐标系中的位置,并将测得的该位置信息提供给卫星姿态控制系统,便可以调整卫星的姿态.

一种新的APS数字式太阳敏感器测姿算法

APS数字式太阳敏感器是卫星运行过程中所需要的姿态测量部件,是目前太阳敏感器的发展方向。APS数字式太阳敏感器在测姿时需要计算太阳像质心在APS成像面上的位置,常规的质心法在计算时存在着时间上的浪费,尤其当太阳像的面积相对成像面面积较小时,时间浪费尤其明显。本文提出了一种新的太阳像质心快速计算方法,该方法能够大幅度提高质心的求解速度,并且能够保障一定的计算精度。

利用CPLD实现数字式太阳敏感器高精度CCD信号源设计

CCD信号源是数字式太阳敏感器进行电性能测试的主要设备。其主要功能是模拟数字式太阳敏感器的CCD探测器和光电池随太阳角度变化的输出信号,以供太阳敏感器在没有太阳模拟光源的情况下进行各项试验。我们通过采用CPLD技术,使信号源具备了精度高、误差小、结构简单以及可靠性高的特点。

航天太阳敏感器的应用与发展

综述了当前广泛应用的数字太阳敏感器的原理、系统设计、应用领域和发展现状。首先,叙述了太阳敏感器的工作原理;数字太阳敏感器一般采用小孔成像的原理,包括光学系统、光电探测器和信息处理单元3个部分。其次,介绍了太阳敏感器的光学系统,包括单光孔、单狭缝、多光孔和多狭缝等多种入光形式。然后,从常规光电探测器件和集成了光学系统、图像传感器和信息处理单元的探测器两个层面,说明了太阳敏感器涉及的光电探测器的发展,并介绍了相应的太阳像点中心提取算法。最后,给出了航天太阳敏感器的现有产品及应用现状,讨论了未来航天太阳敏感器面临的挑战和发展趋势。

数字式太阳敏感器热真空试验温度场仿真研究

对数字式太阳敏感器的工作原理进行简单介绍,建立数字式太阳敏感器热真空试验时的有限元模型并进行了温度场仿真计算,并与热真空试验的实验数据进行了比较。

热变形对数字式太阳敏感器精度影响研究

简单介绍了数字式太阳敏感器的工作原理,对数字式太阳敏感器在不同工况下的热变形进行了仿真计算,并分析其对数字式太阳敏感器的输出精度的影响,最后对仿真结果与实验结果进行了比较。

地球同步转移轨道数字式太阳敏感器视场局部修正

在地球同步转移轨道远地点点火期间,星敏可能无法正常工作,提出了数太视场局部修正方法。在星上计算能力充裕、卫星平台稳定的巡航对日模式下,星敏可正常工作,通过规划卫星姿态机动,使太阳在数太视场内的运行轨迹形成一个局部封闭区域,且这个区域需包含远地点点火期间太阳运行路径,地面通过遥测获取姿态机动期间数太和星敏数据,并以星敏数据为基准,采用二维平面拟合的方式完成对数太视场的局部修正。数学仿真结果显示,修正区域内数太测量误差比修正前小1个数量级,证明了该方法的有效性。