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1、地球敏感器一、概述为一种光学姿态敏感器，又称地平仪。分为地球反照敏感器和红外地球敏感器两类。前者在航天器控制系统中用得很少，而后者得到广泛应用。1.地球反照敏感器对地球反射的太阳光敏感，并借此获得航天器相对于地球的姿态信息的光学敏感器。其工作波段为可见光或近红外波段。地球反照敏感器的主要优点是简单。但因反照表现的地球形状随时间变化(与月球的圆、缺变化相似)，因此其性能的提高受到限制。2.红外地球敏感器对地球的红外辐射敏感，并借此获取航天器相对于地球的姿态信息的光学敏感器，常称红外地平仪。它广泛采用二氧化碳吸收带(14～16微米)作为工作波
2、段，可以较为稳定地确定地球轮廓和辐射强度。红外地球敏感器由光学系统、探测器和处理电路组成。可分为地平穿越式和辐射平衡式两种基本类型。 ①地平穿越式红外地平仪：简称穿越式红外地平仪，它的视场对地球作扫描运动。当视场扫过地平时，感受到的红外辐射功率发生急剧变化，发生变化时的扫描角（运动部分绕扫描轴的转角）是姿态的函数。在自旋稳定卫星（见人造卫星自旋稳定）上安装一种借助于星体自旋对地球进行扫描的穿越式红外地平仪。它输出两个电信号，分别对应于敏感轴进入和离开地球的扫描角。二者之差是姿态的函数。装在三轴稳定卫星上的穿越式红外地平仪靠自己的扫描机构
3、对地球进行扫描，常称为圆锥扫描地平仪。它有一个可逆计数器，计数累积值正比于敏感轴、扫描轴和当地垂线三者共面的扫描角。②辐射平衡式红外地平仪：对地球边缘某些区域的辐射敏感并加以比较，以获取姿态信息。它没有活动部件，因此常称为静态地平仪。有一种最简单的静态地平仪,能同时感受地球边缘4个区域的红外辐射。当卫星的姿态变化时，各探测器感测地球的面积随之变化，从而电信号也发生相应的变化。将这些电信号加以处理，即可得到与偏差角（敏感轴与当地垂线的夹角）的两个分量分别成函数关系的两个输出。静态地平仪由于没有活动部件特别适用于长寿命卫星，但它必须感受地球边
4、缘的红外辐射，对轨道高度的适应性很差。 红外地球敏感器的精度在高轨道时达0.03°，低轨道时约为0.1°。一、国外红外地球敏感器发展现状1.法国 Sodern公司是法国星敏感器和红外地球敏感器的知名生产商,STD15和STD16是其两款典型的动态双圆锥扫描的地球敏感器。 STD15从1991年开始已经应用于TC2系列,HIS2PASAT,HOTBird系列,WORLDSTAR系列,NILESAT系列等卫星,主要应用于地球静止轨道卫星。STD16主要应用于低地球轨道的各种卫星,已应用于SPOT4,SPOT5,ENVI2SAT,HELI
5、OS1a,HELIOS1b,HELIOS2a,HELIOS2b,ADEOS1,ADEOS2,ETS7,ALOS,METOP1.2.3等卫星。 2000年,Sodern为了满足卫星微小化的发展需要,研制了一种无机械扫描结构的微小型静态地球敏感器STS02（主要工作在地球静止轨道）。STS02与以往的单元扫描敏感器相比结构紧凑、体积小、质量轻、造价低。它采用4个交叉的32元焦平面阵列（每个阵列由2×16元的阵列组成,长度约为102mm）作为探测元件,并利用硅薄膜技术实现电子机械控制器件与微机械部件的控制连接。这种设计使STS02作为一种新型的
6、红外地球敏感器比以往采用旋转镜扫描的敏感器尺寸降低了2/3,质量由3.5kg降到了1.1kg,功耗也由7.5W降到了3.5W,能够更好地适应卫星微型化、小型化的发展需要。其准确度可以达到0.07°～0.16°,能够满足姿态控制精度的要求。2.美国 GoodRich公司在20世纪50年代设计了世界上第一个用于航天器定向的红外传感器,并作为NASA航天器的主要生产商生产了大量高性能的红外装备。 13-410是该公司生产的最新一代多任务红外地球敏感器（multi2missionearthhorizonsensor,MMS）,可用于多种类型的航天
7、器,其可应用的轨道包括低地球轨道（lowearthor2bit,LEO）、中地球轨道（mediumearthorbit,MEO）以及对地静止轨道（geostationaryorbit,GEO）。它能够提供16°×10°的视场,比传统的红外地球敏感器更广阔。其精度也能够达到±0.05°～±0.08°。在微结构方面,该敏感器也获得了突破,其尺寸大小为Φ170mm×120mm。另外,在长寿命方面,该敏感器在MEO轨道可以工作10年,在GEO轨道可以工作15年。该敏感器已被选作美国空军先进超高频计划卫星的主要定姿敏感器。13-410采用微结构的热
8、电堆探测器,用于GEO轨道时使用2个探头,质量小于3kg;用于MEO时使用3个探头,质量小于4.5kg。它的供电电压为21～70V的直流电,其每个探头的功耗均小于3W。13-410在进行姿态测
