大视场数字式太阳敏感器设计.pdf

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1、第24卷第3期传感技术学报V01．24No．32011年3月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMar．2011DesignofDigitalSunSensorwithLargeFieldTUBinjie。HANKe。WANGHao。BA[Jian．)lZhonghe(Department0厂InformationandElectronicsEngbwering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Anoveldesignofdigit

2、alsunsensorwithlargefieldispresented．Theopticalsystemiscomposedofafilterandpanoramicannularlens．Thissunsensorhasthefollowingfeatures：largefield，simplestructureandlowpowerconsumption．Accordingtothemechanismofthesunsensor，boththemodelandcalibrationofthesensoraregivenbas

3、edontheexperimentplatform．Inthisdesign，theparametersofthesensormodelaredeterminedusingLMSmethod．Theauthorsdiscussedtheerroranalysisandremovesthesystemerror．Theresultoftestingindicatesthatthesunsenorhasalargefieldof120。×180。andaprecisionof0．02。．anditcanmeettherequireme

4、ntofattitudedeterminationsystembecausethissystemneedsalargefield．Keywords：digitalsunsensor；largefield；panoramicannularlens；calibrationEEACC：7230G；1265Bdoi：10．39690．issn．1004-1699．2011．03．005大视场数字式太阳敏感器设计术屠斌杰，韩柯，王昊，白剑，金仲和(浙江大学信息与电子丁程学系，杭州310027)摘要：提出了一种新型的大视场数字式太阳敏感器设计

5、方法，其光学系统由全景环形光学镜头和滤光膜组成。该敏感器具有视场大、结构简单及功耗低的特点．从丁作原理出发，建立了该敏感器模型，并利用搭建的实验平台，对敏感器进行精度标定。设计中，采用非线性最小均办最优解米确定模型中的参数。对测量误差进行分析，消除系统误差后，敏感器的测量精度由0．4。提高到0．02。。测试结果表明此太阳敏感器具有120。×180。的大视场和0．02。的测量精度，能很好满足视场要求较高的姿态确定系统。关键词：数字太阳敏感器；大视场；拿景环形光学镜头；标定中图分类号：V448．2；TP212．1文献标识码：A文章编号

6、：1004—1699(2011)03—0336-06太阳敏感器是卫星姿态确定系统中干J分重要的限制，普通数字式太阳敏感器的视场范围一般在-4-测量器件。太阳敏感器通过测量太阳光线与卫星某60。左右，当初始姿态角度不在视场范围内时，此类一体坐标之间的夹角，从而确定太阳在敏感器本体太阳敏感器就无法正常工作。为了解决这一问题，坐标系中的位置，然后通过坐标矩阵变换得到太阳国内外研究者提ffJ了一些增大数字式太阳敏感器的在卫星本体坐标系中的位置，最终在卫星的姿态系方案。如将多个太阳敏感器组合成一个太阳敏感统中求得卫星的姿态，即卫星在空间的方

7、位。器，或者设计特殊的球状掩膜结构J，这些设计上随着卫星对姿态控制精度要求的日益提高以及的改变虽然增大了敏感器的视场，却也同时带来一小卫星、皮卫星等微小卫星的发展，太阳敏感器逐渐些问题，如系统体积、质量及功耗的增加，或者以牺向着小型化、模块化、长寿命的方向发展j。目前，牲敏感器的测量精度为代价。很多的太阳敏感器采用了APS面阵来代替CCD作针对这些不足，本文提出了一种基于全景环形为图像传感器，由于APS面阵在体积、功耗上的优光学镜头的大视场数字式太阳敏感器设计方法，其势，使得太阳敏感器能有效地朝着上述方向发展。视场大小为120。×

8、180。，与±60。的视场大小相比具由于受图像传感器像平面尺寸及掩膜安装位置有很大优势。同时该敏感器的质量、体积和功耗非项目来源：国家自然科学基金项目(60904090)收稿日期：2010—09—07修改日期：2010—11一l4第3期屠斌杰，韩柯