[发明专利]一种实现在轨太阳精密跟踪的系统

说明书

本发明实施例公开一种实现在轨太阳精密跟踪的系统。该系统包括控制单元，用于反馈所获取的太阳的角度数据的对日角度反馈模块，且对日角度反馈模块包括用于接收控制单元的驱动信号而工作的旋转变压器，用于实现闭环实时跟踪在轨太阳的在轨二维跟踪机构的步距角调整模块，且在轨二维跟踪机构的步距角调整模块包括采用恒流斩波细分方式控制的步进电机。本发明实施例的系统基于旋转变压器和恒流斩波细分控制方式，通过闭环控制实现了在轨太阳角度精密反馈和二维跟踪机构步距角精细调整，进而实现了在轨太阳跟踪精密测量。

技术领域

本发明涉及太阳辐射测量的技术领域，具体涉及一种实现在轨太阳精密跟踪的系统。

背景技术

精确定位太阳的方位、实时对日精密跟踪及长时间进行太阳辐照度测量是太阳辐射测量领域中核心的研究课题。传统的太阳辐射测量的技术手段大多利用卫星的粗指向进行大体定位，再根据太阳敏感器读取对日观测的角度值。当观测角度满足要求时，进行观测；当观测角度出视场时，停止观测。而且，由于太阳辐射测量容易受到视场外杂散光的影响，这种传统的跟踪测量方式通常采用窄视场角测量方式。这种传统的跟踪测量方式不仅跟踪精度低，且吸收腔温完全稳定需要一定时间，且每轨连续测量时间也很有限，因此，很难获取大量有效数据。

目前，载荷仪器主动对日跟踪成为一种行之有效的新方式。载荷仪器主动对日跟踪包括两个核心技术：一时实现对日角度的精密反馈；二是实现二维跟踪机构精细调整步距角。对日角度的精密反馈可以读取太阳敏感器数据，但是太阳敏感器为航天测量中单点关键部件，在发生故障时需要有备份测量方案。根据卫星提供的在轨太阳矢量角度数据可以换算出对应的太阳高度角，但是，这种换算的精度有限。在轨二维跟踪机构的步距调整，通常采用步进电机和减速器配合的方式。传统的步进电机的驱动方式包括三种：单电压驱动，这种驱动方式需要额外的功耗、电源效率低且功耗高；高低压切换驱动，这种驱动方式在高低压切换时电流波形会下凹，动态性能差、输出力矩低且运行不平稳；恒流斩波闭环控制驱动方式，这种驱动方式的线圈电流基本保持在给定的电流值附件，在低频时有恒矩输出、高频运行性能好且动态响应快、带负载能力强。但是，这种驱动方式还是无法克服步进电机运行过程中严重的振荡问题。

因此，针对现有的载荷仪器主动对日跟踪技术所存在的问题，需要提供一种实现在轨太阳精密跟踪的系统，该系统分别从对日角度的精密反馈和二维跟踪机构精细调整步距角的两个方向进行调整，从而解决现有载荷仪器主动对日跟踪技术的精度低问题。

发明内容

针对现有的载荷仪器主动对日跟踪技术所存在的问题，本发明实施例提出一种实现在轨太阳精密跟踪的系统。本发明实施例所提供的实现在轨太阳精密跟踪的系统基于旋转变压器和恒流斩波细分控制方式，通过闭环控制实现了在轨太阳角度精密反馈和二维跟踪机构步距角精细调整，进而实现了在轨太阳跟踪精密测量。

该实现在轨太阳精密跟踪的系统的具体方案如下：一种实现在轨太阳精密跟踪的系统，包括控制单元，用于输出驱动信号；对日角度反馈模块，与所述控制单元连接，接收所述控制单元的驱动信号并反馈所获取的太阳的角度数据；所述对日角度反馈模块包括旋转变压器，所述旋转变压器接收所述控制单元的驱动信号而工作；在轨二维跟踪机构的步距角调整模块，与所述控制单元连接，接收所述控制单元的驱动信号并实现闭环实时跟踪在轨太阳；所述在轨二维跟踪机构的步距角调整模块包括步进电机，所述步进电机的驱动方式采用基于斩波恒流的细分方式。

优选地，所述对日角度反馈模块还包括励磁信号生成模块、功率放大及滤波模块、粗通道解码模块和精通道解码模块。

优选地，所述控制单元的驱动信号经过所述励磁信号生成模块和功率放大及滤波模块，驱动所述旋转变压器工作；所述粗通道解码模块和所述精通道解码模块分别读取所述旋转变压器的角度数据，并对所述角度数据进行融合获取太阳的角度数据。

优选地，所述励磁信号生成模块采用数字方法生成固定频率的正弦波，具体的表达式如公式1所示：

公式1：R1-R2＝E₀sinωt