[发明专利]一种模拟式太阳敏感器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星技术及太阳敏领域，特别地，涉及一种模拟式太阳敏感器及方法。

背景技术

太阳敏感器是卫星上不可缺少的光电姿态敏感器，因此所有的卫星都配备有太阳敏感器。它是通过测量太阳相对卫星本体坐标系的位置来确定卫星的姿态，太阳敏感器除了能够为卫星提供姿态信息以外还可以用来保护灵敏度很高的仪器，如星敏感器、成像载荷等。

目前太阳敏感器正向着小型化、高精度、高稳定性、低功耗、长寿命的方向发展。其探测器元件由光电池逐渐向CCD、APS CMOS等面阵探测器发展，这将促进太阳敏感器的高度集成化和模块化。太阳敏感器的构成主要包括三个方面：光学头部、传感器部分和信号处理部分。光学头部可以采用狭缝、小孔、透镜、棱镜等方式。传感器可采用光电池CMOS器件、码盘、光栅、光电二极管、线阵CCD、面阵CCD、APS CMOS、SMART等器件。信号处理部分可采用分离电子元器件、单片机、可编程逻辑器件等。按工作方式的不同，可将太阳敏感器分成01式太阳敏感器、模拟式太阳敏感器和数字式太阳敏感器几种。

（1）01式太阳敏感器又称为发现式太阳敏感器，只要有太阳就产生输出信号，但一般来说为了达到去除噪声、干扰等目的，需要为敏感器设置一个判定阈值一般取太阳峰值信号的50％～80％，只有当太阳信号超过这个阈值时才认为发现了太阳，因而这种太阳敏感器精度不高。

（2）模拟式太阳敏感器也称为余弦检测器多采用光电池器件作为光敏元件，当太阳信号照射在其上时其输出信号电流的强度与太阳入射角有关，因此可利用输出电流的大小来判断太阳光的入射角度。目前卫星主要依赖这种敏感器完成姿态的粗测量。但这种基于电池片的太阳敏感器精度不高，不能满足高精度姿态控制系统的要求。

（3）数字式太阳敏感器主要有CCD和APS CMOS两种，其探测器元件有线阵和面阵两类。线阵数字式太阳敏感器通过计算太阳光线在探测器上相对中心位置的偏差，来计算太阳光的入射角度；面阵数字式太阳敏感器则通过计算太阳光斑在面阵上的质心坐标位置相对于光学中心位置的偏差，来计算太阳光的入射角度。但是这种基于CCD/CMOS的数字太阳敏感器处理电路复杂，可靠性低。

从目前国内外典型的太阳敏感器产品来看，模拟式太阳敏感器与数字式太阳敏感器相比，具有原理简单易于实现以及视场角大等优点。但模拟式敏感器的测量精度却低于数字式太阳敏感器，难以满足卫星姿态控制系统日益提高的高精度要求；另外，模拟式太阳敏感器由于大多采用光电池作为敏感器件，容易受到其它天体的干扰，例如地球的反射光都会造成对模拟式太阳敏感器的干扰。而数字式太阳敏感器却可以克服这种干扰，且测量精度要高于模拟式太阳敏感器。

综上可知，传统模拟式太阳敏感器敏感器精度不够高、数字太阳敏感器电路复杂、体积及重量大且精度低，不能满足微小卫星的要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种体积小、重量轻、功耗低且精度高的模拟式太阳敏感器及方法，以解决传统太阳敏感器电路复杂、体积及重量大且精度不高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种模拟式太阳敏感器，包括：

光线引入装置，用于接收太阳光，并将所述太阳光通过入射孔引入到光位置传感器的感光面上；

所述光位置传感器，用于根据所述感光面上的太阳光斑的位置产生对应的四路电流信号；

计算装置，用于根据所述四路电流信号计算太阳光的入射角。

作为本发明的模拟式太阳敏感器的进一步改进：

优选地，所述太阳敏感器还包括：

信号调理电路，用于对所述四路电流信号进行滤波和放大、并转换为对应的四路电压信号后传输给AD采样电路；

所述AD采样电路，用于对所述四路电压信号进行采样，并将对应的采样结果传输给所述计算装置；

所述计算装置根据所述四路电流信号对应的采样结果计算太阳光的入射角。

优选地，所述光线引入装置为覆设了掩膜层的耐辐射玻璃，所述掩膜层上开设了所述入射孔；所述光位置传感器为PSD传感器。

优选地，所述光位置传感器的感光面与所述掩膜层的距离D满足：其中，所述L为所述光位置传感器的感光面的直径，所述θ为所述太阳光的入射角。

优选地，所述太阳光的入射角θ≤60度，所述掩膜层与所述光位置传感器的感光面的距离D≥2800μm；所述入射孔的直径l=200μm，所述掩膜层的厚度为100nm。

优选地，所述耐辐射玻璃上设有窄带通型滤光层膜系，所述窄带通型滤光层膜系的带通范围为760nm波段。