[发明专利]一种基于APS技术的太阳光入射角测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种姿态传感器领域，特别是关于一种用于航天器上姿态测量控制系统的基于APS技术的太阳光入射角测量方法及装置。

背景技术

太阳敏感器是航天器上进行姿态测量的重要器件，现在已经广泛应用于航天领域，包括航天飞机、地球卫星和深空探测器等。近年来，随着航天任务的要求，对航天器相对于太阳的姿态测量精度和测量可靠性要求越来越高，尤其是需要高精度成像的系统，如侦查卫星、资源和天文观测卫星、通信卫星。高精度的太阳光入射角度测量可以实现航天器太阳帆板的准确对日，以保证卫星的最大能量获取。同时，基于太阳光入射角度测量的对日稳定模式也是绝大多数卫星的一种初始模式和安全模式。

传统的模拟式太阳敏感器的光敏探测元件采用基于光伏特性的太阳能电池片，且模拟量输出，精度比较低，抗干扰性也不强，不能满足航天器姿态控制的大视场和高精度的要求。随着电耦合器件(Charge Couple Device，CCD)技术的发展，CCD图像传感器的数字式太阳敏感器在航天工程中得到了广泛应用。这种太阳敏感器相对于模拟式太阳敏感器具有精度高和抗干扰能力强的特点，在一些特定场合可以代替星敏感器应用。

如图1所示，在数字式太阳敏感器的分析中，通常将太阳敏感器的成像模型近似为小孔成像模型，以太阳敏感器在太阳光零度角的中心点为坐标中心O(x₀，y₀)在图像传感器1平面上建立坐标系xoy，以垂直于图像传感器1方向为z坐标。某一时刻t，太阳光经过太阳敏感器的光线引入器2在图像传感器1上成像，得到唯一的成像点坐标(x_t，y_t)。同时假定太阳敏感器的焦距为f，则得到太阳的惯性矢量v_t在太阳敏感器的坐标系内矢量w_t为：

wt=1(xt-x0)2+(yt-y0)2+f2-(xt-x0)-(yt-y0)f]]>

将t时刻的x轴太阳光入射角α_t和y轴太阳光入射角β_t分别表示为：