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数字式太阳敏感器的精度和视场是相互制约的,它们均受入射窗口到探测器面距离的影响。而随着航天器微小型化的发展趋势,必然要求其组成部件也微小型化。所以,对太阳敏感器来说,如何在保证低功耗和小尺寸的前提下,同时达到高精度和大视场的要求,便成为一项充满挑战的研究课题。另外,数字式太阳敏感器设计时一般都假设只有一个发光体,而在某些轨道上的某些短暂的时间周期里,地球反照干扰可能出现,在卫星处于非正常姿态下的时候,干扰出现的概率会大大提高,从而影响敏感器姿态测量。所以,如何防止地球反照干扰造成的影响便成为一项亟待解决的研究课题。
本课题应用CMOS APS代替传统的数字式太阳敏感器中的CCD,采用镀膜工艺制作光学小孔以保证成像的完整性,并从光学和电子学两部分采取多项措施防止地球反照干扰,研制出基于CMOS APS的视场复用型数字式太阳敏感器系统样机,并对样机进行性能测试和评价。主要研究内容和基本研究结论可以归结如下:
1.从分析太阳敏感器的基本原理入手,结合工程应用研究中遇到的问题,研制出单一探测器的多视场复用型太阳敏感器原理样机:采用镀膜工艺制作光学小孔以保证太阳成像的完整性;采用“重心”算法求太阳像中心以提高系统的分辨率;采用RS422接口电路与主计算机通讯;基于RS232串口通讯的数据采集和处理程序(VB)以及图像采集程序(VC++)。
2.研究地球反照的原理,采取多项措施解决,并设计试验进行验证。
3.结合现有的试验条件对系统进行性能测试,对系统的精度和实验误差进行对照分析,并对系统的实验方法进行进一步的探索和总结,为以后工程应用研究提供必要的技术储备。
测试表明,该原理样机在保证高精度(近轴0.005°,全视场0.01°)和大视场(单轴均±64°)的前提下,其功耗(约1W)和重量(约650g)等指标均较以往的数字式太阳敏感器大大提高,并在防止地球反照干扰方面提出了一些措施予以解决,为数字式太阳敏感器的应用研究提供了一条新的技术途径。