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太阳敏感器原理与技术发展浅析

发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:755

何丽，胡以华

一、概述
太阳敏感器是在航空领域应用最广泛的一类敏感器，所有的卫星上都配备有太阳敏感器。太阳敏感器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。选择太阳作为参考目标是因为太阳视在圆盘的角半径几乎和航天器轨道无关并且很小，因此，对大多数应用而言，可以把太阳近似看作点光源。这样就简化了敏感器设计和姿态确定算法。并且，太阳的高亮度、高信噪比使得检测比较容易实现[1]。
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。
二、太阳敏感器的构成
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[2]。光学头部可以采用狭缝、小孔、透镜、棱镜等方式；传感器部分可以采用光电池、cmos器件、码盘、光栅、光电二极管、线阵ccd、面阵ccd、aps、smart等各种器件；信号处理部分方案可采用分离电子元器件、单片机、可编程逻辑器件等。

三、各种太阳敏感器工作原理与特点
太阳敏感器按照其工作的方式可以分成“0-1”式、模拟式和数字式几种。
1、“0-1”式太阳敏感器
“0-1” 式太阳敏感器又称太阳发现探测器，即只要有太阳就能产生输出信号，可以用来保护仪器，使航天器或实验仪器定位。它的结构也比较简单，敏感器上面开一个狭缝，底面贴光电池，当卫星搜索太阳时，一旦太阳进入该探测器视场内，则光电池就产生一个阶跃响应，说明发现了太阳。持续的阶跃信号指示太阳位于敏感器视场内。
一般来说，卫星的粗定姿是由“0-1”式的太阳敏感器来完成的，主要用来捕获太阳，判断太阳是否出现在视场中。“0-1”式的太阳敏感器要能够全天球覆盖，且所有敏感器同时工作。这种敏感器虽然实现起来比较简单，但是比较容易受到外来光源的干扰。例如，此球反射的太阳光信号、太阳帆板反射的太阳光等都容易对这种敏感器形成干扰。因此，敏感器的滤波器能够滤掉偶尔出现的电脉冲。
2、模拟式太阳敏感器
模拟式太阳敏感器又称为余弦检测器，常使用光电池作为其传感器件，它的输出信号强度与太阳光的入射角度有关，其关系式为
（1）
其中，i 何丽，胡以华

一、概述
太阳敏感器是在航空领域应用最广泛的一类敏感器，所有的卫星上都配备有太阳敏感器。太阳敏感器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。选择太阳作为参考目标是因为太阳视在圆盘的角半径几乎和航天器轨道无关并且很小，因此，对大多数应用而言，可以把太阳近似看作点光源。这样就简化了敏感器设计和姿态确定算法。并且，太阳的高亮度、高信噪比使得检测比较容易实现[1]。
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。
二、太阳敏感器的构成
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[2]。光学头部可以采用狭缝、小孔、透镜、棱镜等方式；传感器部分可以采用光电池、cmos器件、码盘、光栅、光电二极管、线阵ccd、面阵ccd、aps、smart等各种器件；信号处理部分方案可采用分离电子元器件、单片机、可编程逻辑器件等。

三、各种太阳敏感器工作原理与特点
太阳敏感器按照其工作的方式可以分成“0-1”式、模拟式和数字式几种。
1、“0-1”式太阳敏感器
“0-1” 式太阳敏感器又称太阳发现探测器，即只要有太阳就能产生输出信号，可以用来保护仪器，使航天器或实验仪器定位。它的结构也比较简单，敏感器上面开一个狭缝，底面贴光电池，当卫星搜索太阳时，一旦太阳进入该探测器视场内，则光电池就产生一个阶跃响应，说明发现了太阳。持续的阶跃信号指示太阳位于敏感器视场内。
一般来说，卫星的粗定姿是由“0-1”式的太阳敏感器来完成的，主要用来捕获太阳，判断太阳是否出现在视场中。“0-1”式的太阳敏感器要能够全天球覆盖，且所有敏感器同时工作。这种敏感器虽然实现起来比较简单，但是比较容易受到外来光源的干扰。例如，此球反射的太阳光信号、太阳帆板反射的太阳光等都容易对这种敏感器形成干扰。因此，敏感器的滤波器能够滤掉偶尔出现的电脉冲。
2、模拟式太阳敏感器
模拟式太阳敏感器又称为余弦检测器，常使用光电池作为其传感器件，它的输出信号强度与太阳光的入射角度有关，其关系式为
（1）
其中，i
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