專利名稱：用于數(shù)字式太陽敏感器太陽方位角測量的多狹縫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通常作為衛(wèi)星或其他空間飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)中的太陽敏感器，具體是指太陽敏感器太陽方位角測量的多狹縫裝置。
背景技術(shù)：
高精度數(shù)字式太陽敏感器常采用線列陣器件CCD加狹縫來實現(xiàn)對太陽方位角的測量。依據(jù)狹縫的數(shù)量可分為單狹縫式和多狹縫式。線列陣探測器CCD的長度和狹縫與CCD的距離決定了太陽敏感器的測量軸方向的視場和精度。狹縫的長度及其與CCD的距離決定了非測量軸方向的視場。在單狹縫下，要達到0.05°的精度，±40°的視場所需的CCD列陣的像元數(shù)約為2048元，而達到±64°時，CCD的像元數(shù)約為4700元。所以在單狹縫下很難做到高精度與大視場同時實現(xiàn)。而多狹縫式太陽敏感器采用在一個探測器CCD上垂直布置多條狹縫，實現(xiàn)單一探測器的多視場復用技術(shù)，實現(xiàn)了少像元CCD對高精度、大視場方位角的測量。但其帶來的一個問題是視場區(qū)域的如何區(qū)分。以前多狹縫式的太陽敏感器如

圖1所示，幾條狹縫都處于同一平面內(nèi)，且在區(qū)分太陽是處于哪個視場內(nèi)的問題上是很復雜的它一方面提取太陽在CCD上的位置信號，另一方面它從姿態(tài)控制系統(tǒng)的慣性單元獲得起始信息，再結(jié)合日期來計算太陽處于哪個視場區(qū)域內(nèi)，從而計算得到太陽方位角提供給姿態(tài)控制系統(tǒng)使用。

發(fā)明內(nèi)容
基于已有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種在原有線列陣CCD探測器上可提高探測精度、擴大視場，并能簡化區(qū)分視場區(qū)域的多狹縫裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在CCD像元數(shù)一定的情況下，通過增大中間一條狹縫與CCD光敏感元的距離實現(xiàn)測量精度的提高；縮短旁邊二狹縫與CCD光敏感元的距離來實現(xiàn)擴大測量視場；在狹縫外增加一個入射光孔，結(jié)合兩片光電池來實現(xiàn)不同視場區(qū)域的區(qū)分，以達到本發(fā)明的目的。
本發(fā)明的用于太陽敏感器的多狹縫裝置，包括支架5，固定在支架內(nèi)的三條相互平行狹縫，其中A1狹縫6、A3狹縫8位于同一平面，A2狹縫7位于A1狹縫和A3狹縫中間，并高于A1狹縫、A3狹縫的平面；用于區(qū)分視場區(qū)域的入射光孔9固定在A1狹縫或A3狹縫外側(cè)的支架平面上，在光孔9下面的左右二側(cè)置有固定在基板10上的左右兩片光電池3、4；各狹縫及光孔9上面分別置有與其視場相對應(yīng)的光欄2。狹縫裝置位于太陽敏感器的線列CCD光敏感元1上方，狹縫與線列CCD光敏感元垂直，并使A2狹縫7處在線列CCD光敏感元的中間；A2狹縫的視場角覆蓋整個線列CCD光敏元，A1狹縫、A3狹縫的視場角分別覆蓋線列CCD光敏感元中點的二側(cè)，不能超越中點，并距離中點80-150像元點。各狹縫和光孔的視場角、線列陣CCD光敏元的長度、狹縫與線列CCD光敏元的距離根據(jù)設(shè)計要求而定。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、多狹縫裝置采用非同一平面的設(shè)計，且將中間狹縫離CCD光敏感元的高度比兩旁的狹縫的高度大，使得在保證中間狹縫的高精度的同時，兩旁的狹縫擴大了視場測量范圍。
2、視場區(qū)分采用增加1個入射光孔和兩片光電池，通過對光電池信號和CCD信號處理即可判斷太陽位于哪個視場內(nèi)，不依賴外部其他系統(tǒng)。
具體實施例方式
下面結(jié)合圖2和實施例對本發(fā)明進行詳細描述，實施例的具體技術(shù)指標如下單軸的視場為±60°×±60°，在-33°～+33°內(nèi)精度要求達到0.05°，分辯率0.01°；在-33°～-60°(+33°～+60°)內(nèi)精度要求達到0.1°，分辯率0.02°，線列CCD探測器為2048光敏元。
見圖2，其0光敏元位置處于A1狹縫下，2048光敏元位置處于A3狹縫下，其中A1狹縫與A3狹縫在同一平面內(nèi)，與CCD光敏元的距離相等，都為10mm，A2狹縫的高度與CCD光敏元的距離為17mm，A1狹縫、A3狹縫與A2狹縫的間隔距離都為17mm。在CCD光敏感元與狹縫之間有一能量衰減片11，用于減小投射到CCD上的太陽能量。三條狹縫的寬度都為0.3mm，A2狹縫長度為50mm，A1、A3狹縫的長度為25mm。在測量軸方向，A2狹縫的視場為-40°～+40°，A1狹縫的視場-60°～-37°，A3狹縫的視場為+37°～+60°，部分視場的重疊是為保證在視場內(nèi)不產(chǎn)生信號的丟失。
為保證可靠區(qū)分視場，A1狹縫的最大入射角(-60°)的光線在CCD上的位置C點不能超過CCD光敏感陣列的中點E點，同樣A3狹縫的最大入射角(+60°)的光線在CCD上的位置D點也不能超過CCD光敏感元陣列的中點E點，且由于在安裝過程中不可避免的存在誤差，故C、E與D、E點之間留有相當?shù)挠嗔?，在本實施例中C、E與D、E點之間的各約有80～150個像元。
由于CCD的0像元位于A1狹縫下，A1狹縫的入射太陽光線在CCD上的位置處于0～1024像元之間，A2狹縫的入射太陽光線覆蓋了整個CCD像元，A3狹縫的入射太陽光線在CCD上的位置處于1024～2048像元之間。入射光孔的左邊光電池3測量軸方向視場為+33°～+65°，右邊光電池4測量軸方向的視場為-33°～-65°，非測量軸方向都為-65°～+65°。兩片光電池視場設(shè)置的依據(jù)是保證右邊光電池3有效信號比經(jīng)A3狹縫投射到CCD上的有效信號出現(xiàn)的早，消失的晚；左邊光電池4有效信號比經(jīng)A1狹縫投射到CCD上的有效信號出現(xiàn)的早，消失的晚。當太陽敏感器的處理器識別出CCD信號在第1024像元之前，如第600像元位置處有太陽光信號，處理器先去查詢光電池4是否有效，如果有效則說明太陽光線是從A1狹縫入射的，否則是從A2狹縫入射的。同樣如果太陽敏感器的處理器識別出CCD信號是位于第1024像元之后，如第1500像元位置處有太陽光信號，處理器去查詢光電池3是否有效，光電池3有效則說明太陽光線是從A3狹縫入射的，否則是從A2狹縫入射的。在視場重疊區(qū)域，如+38.5°，在CCD上有兩個信號，一個信號經(jīng)A2狹縫投射到CCD上，大概在CCD的第50個像元處(大約值)，另一信號經(jīng)A3狹縫投射到CCD上，大概在CCD的第2000個像元處(大約值)，此時光電池3應(yīng)處于有效狀態(tài)，光電池4處于無效狀態(tài)，太陽敏感器處理器也可區(qū)分出第50像元位置的信號是經(jīng)A2狹縫投射到CCD上的，第2000像元位置的信號是經(jīng)A3投射到CCD上的。即可區(qū)分視場區(qū)域。
狹縫由二片倒角的金屬片組成，倒角角度的大小要保證入射視場角的光線全部入射。
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)字式太陽敏感器太陽方位角測量的多狹縫裝置，包括支架(5)，固定在支架內(nèi)的三條相互平行狹縫，其特征在于其中A1狹縫(6)、A3狹縫(8)位于同一平面，A2狹縫(7)位于A1狹縫、A3狹縫中間，并高于A1狹縫、A3狹縫的平面；用于區(qū)分視場區(qū)域的入射光孔(9)固定在A1狹縫或A3狹縫外側(cè)的支架平面上，在光孔(9)下面的左右二側(cè)置有固定在基板(10)上的左右兩片光電池(3、4)；各狹縫上面分別置有與各自視場相對應(yīng)的光欄(2)；狹縫裝置位于太陽敏感器的線列CCD光敏元(1)上方，狹縫與線列CCD光敏元垂直，并使A2狹縫(7)處在線列CCD光敏感元的中間；A2狹縫的視場角覆蓋整個線列CCD光敏感元，A1、A3狹縫的視場角分別覆蓋線列CCD光敏感元中點的二側(cè)，不能超越中點，并距離中點80-150像元點；各狹縫和入射光孔的視場角，線列CCD光敏感元的長度，狹縫與線列CCD光敏感元的距離根據(jù)設(shè)計要求而定。
全文摘要
一種用于數(shù)字式太陽敏感器太陽方位角測量的多狹縫裝置，該裝置包括支架，固定在支架內(nèi)的三條相互平行的狹縫，其特征是三條狹縫處于非同一平面內(nèi)，其中間狹縫距CCD探測器的高度比兩旁狹縫距探測器的高度要大，使得中間狹縫測量精度更高，兩旁的狹縫測量視場更大。同時增加入射光孔及兩片光電池，通過對光電池信號和CCD信號處理即可判斷太陽位于哪個視場內(nèi)，不依賴外部其他系統(tǒng)。
文檔編號G01C1/00GK101050967SQ20071003995
公開日2007年10月10日 申請日期2007年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月25日
發(fā)明者仇善昌, 席紅霞, 孫勝利 申請人:中國科學院上海技術(shù)物理研究所