一種編碼式太陽敏感器細(xì)碼誤差標(biāo)定及補(bǔ)償方法
【專利摘要】一種編碼式太陽敏感器細(xì)碼誤差標(biāo)定及補(bǔ)償方法，該方法包括以下步驟：計(jì)算編碼式太陽敏感器細(xì)碼光學(xué)衍射誤差并建立編碼式太陽敏感器細(xì)碼誤差補(bǔ)償?shù)慕y(tǒng)一數(shù)學(xué)模型；建立誤差標(biāo)定系統(tǒng)，獲得編碼式太陽敏感器各角度下的標(biāo)定點(diǎn)數(shù)據(jù)；然后將標(biāo)定點(diǎn)數(shù)據(jù)分別代入數(shù)學(xué)模型中，得到數(shù)學(xué)模型的參數(shù)值并將確定參數(shù)后的數(shù)學(xué)模型封裝到編碼式太陽敏感器內(nèi)部處理器中；在任意測量角度下，編碼式太陽敏感器實(shí)時(shí)輸出經(jīng)過細(xì)碼誤差補(bǔ)償后的測量角度。本發(fā)明可解決編碼式太陽敏感器測量誤差隨角度呈正弦規(guī)律性變化問題，有效改善了編碼式太陽敏感器系統(tǒng)常值誤差，實(shí)現(xiàn)了編碼式太陽敏感器的簡單安裝，提高了系統(tǒng)的標(biāo)定效率。
【專利說明】一種編碼式太陽敏感器細(xì)碼誤差標(biāo)定及補(bǔ)償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種太陽敏感器標(biāo)定及補(bǔ)償方法，尤其是一種編碼式太陽敏感器細(xì)碼 誤差的標(biāo)定及補(bǔ)償方法，屬于編碼式太陽敏感器細(xì)碼誤差的標(biāo)定領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 太陽敏感器是衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要測量部件，也是最早用于衛(wèi)星姿態(tài)測 量的姿態(tài)敏感器，用于測量太陽相對于敏感器的入射角度。
[0003] 編碼式太陽敏感器以專用集成硅光電池片為核心器件，具有大于120° X 120° 的視場范圍和全視場優(yōu)于0.Γ的綜合測量精度。
[0004] 編碼式太陽敏感器光學(xué)組合件作為測角部件，主要由一塊棱鏡玻璃，上下表面先 鍍不透光的金屬膜，然后在其上表面光刻出一條透光的窄縫；下表面光刻成透明和不透明 間隔的編碼圖案，并在編碼圖案的每條碼道上緊貼硅光電池。太陽光由窄縫入射，經(jīng)光學(xué)系 統(tǒng)折射后在編碼圖案上形成一條窄光帶，即太陽光成像。編碼圖案包括粗碼、細(xì)碼、視場監(jiān) 視碼和全開碼共四類。
[0005] 在編碼圖案中共光刻有四條細(xì)碼，每條細(xì)碼是按由周期排列的透明區(qū)和不透明區(qū) 組成，細(xì)碼的光刻間隙均在微米級(jí)。
[0006] 影響編碼式太陽敏感器測量精度的因素包括幾何誤差（加工、裝調(diào)）和能量誤差 (噪聲、能量不均勻、光學(xué)系折射、衍射等），經(jīng)過多年的工藝改進(jìn)，幾何誤差影響因素逐漸 減小，而以光學(xué)系統(tǒng)中細(xì)碼衍射為代表的能量誤差所占比重較為突出。
[0007] 光電組合件在裝配和粘接過程中，由于無法將光學(xué)系統(tǒng)的原點(diǎn)與硅光電池的原點(diǎn) 完全對準(zhǔn)，在測量太陽相對于敏感器的入射角度時(shí)，由此引起的常值測量誤差也必須引起 重視。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種編碼式太陽敏感器 細(xì)碼誤差標(biāo)定及補(bǔ)償方法，解決了目前太陽敏感器測量誤差隨角度呈正弦規(guī)律性變化以及 太陽敏感器存在常值測量誤差的問題，通過對太陽敏感器細(xì)碼誤差進(jìn)行標(biāo)定及補(bǔ)償，提高 了太陽敏感器的測量精度。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種編碼式太陽敏感器細(xì)碼誤差標(biāo)定及補(bǔ)償方法，所 述編碼式太陽敏感器包括兩個(gè)光學(xué)組件和基準(zhǔn)鏡，兩個(gè)光學(xué)組件分別為第一光學(xué)組件和第 二光學(xué)組件，第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件均包括測量軸和非測量軸，步驟如下：
[0010] (1)計(jì)算編碼式太陽敏感器細(xì)碼的光學(xué)衍射誤差，具體由公式：
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種編碼式太陽敏感器細(xì)碼誤差標(biāo)定及補(bǔ)償方法，所述編碼式太陽敏感器包括兩個(gè) 光學(xué)組件和基準(zhǔn)鏡，兩個(gè)光學(xué)組件分別為第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件，第一光學(xué)組件和 第二光學(xué)組件均包括測量軸和非測量軸，其特征在于步驟如下： (1) 計(jì)算編碼式太陽敏感器細(xì)碼的光學(xué)衍射誤差，具體由公式：
其中，F(xiàn)i?F4分別為第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件內(nèi)光電池輸出的四條細(xì)碼電流，k 〇 為直流分量，K 1為基波系數(shù)，K 2, K 3, ... K n為諧波系數(shù)；x = 180 ? a，a為太陽敏感器 測量軸的角度，a的取值區(qū)間為[-2°?0° ]; (2) 根據(jù)步驟（1)中的編碼式太陽敏感器細(xì)碼光學(xué)衍射誤差，同時(shí)考慮系統(tǒng)常值誤差 對測量精度的影響，建立編碼式太陽敏感器細(xì)碼誤差補(bǔ)償?shù)慕y(tǒng)一數(shù)學(xué)模型，具體由公式： A x = t〇 ? sin (4 ? 180 ( a +tj)) +t2 給出，其中A x為編碼式太陽敏感器細(xì)碼誤差；h和t2為補(bǔ)償模型中的參數(shù)，h 和t2均通過細(xì)碼誤差標(biāo)定確定參數(shù)值； (3) 建立包括轉(zhuǎn)臺(tái)、編碼式太陽敏感器和太陽模擬器的誤差標(biāo)定系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的 非測量軸角度步進(jìn)值，在預(yù)先設(shè)定的非測量軸角度變化范圍內(nèi)分別改變編碼式太陽敏感器 第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件的非測量軸角度，測量軸角度按照預(yù)先設(shè)定的測量軸角度步 進(jìn)值在[-2°?0° ]區(qū)間內(nèi)取值，獲得編碼式太陽敏感器第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件各 角度下的標(biāo)定點(diǎn)數(shù)據(jù)； (4) 利用步驟（3)得到的編碼式太陽敏感器第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件標(biāo)定點(diǎn)數(shù)據(jù) 確定步驟（2)中統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型的參數(shù)值，分別求得確定參數(shù)后的編碼式太陽敏感器第一光 學(xué)組件和第二光學(xué)組件的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型； (5) 將步驟（4)確定參數(shù)后的編碼式太陽敏感器第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件的統(tǒng)一 數(shù)學(xué)模型封裝到編碼式太陽敏感器內(nèi)部處理器中，將編碼式太陽敏感器中的第一光學(xué)組件 和第二光學(xué)組件的實(shí)際測量角度分別減去利用確定參數(shù)后的編碼式太陽敏感器第一光學(xué) 組件和第二光學(xué)組件的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型求得的細(xì)碼誤差，得到經(jīng)過細(xì)碼誤差補(bǔ)償后的編碼式 太陽敏感器第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件的測量角度； (6) 在任意測量角度條件下，編碼式太陽敏感器第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件分別利 用步驟（5)實(shí)時(shí)輸出經(jīng)細(xì)碼誤差補(bǔ)償后角度，實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星精確定姿。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種編碼式太陽敏感器細(xì)碼誤差標(biāo)定及補(bǔ)償方法，其特征 在于：所述步驟（3)中建立包括轉(zhuǎn)臺(tái)、編碼式太陽敏感器和太陽模擬器的誤差標(biāo)定系統(tǒng)， 根據(jù)預(yù)先設(shè)定的步進(jìn)值在預(yù)先設(shè)定的非測量軸角度變化范圍內(nèi)分別改變編碼式太陽敏感 器第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件的非測量軸角度，測量軸角度按照預(yù)先設(shè)定的步進(jìn)值在 [-2°?0° ]區(qū)間內(nèi)取值，獲得編碼式太陽敏感器第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件各角度下 的標(biāo)定點(diǎn)數(shù)據(jù)，具體步驟如下： (i) 將轉(zhuǎn)臺(tái)、編碼式太陽敏感器基準(zhǔn)鏡和太陽模擬器三者建立在同一坐標(biāo)系內(nèi)，設(shè)置轉(zhuǎn) 臺(tái)的三軸角度均為零度，分別調(diào)節(jié)編碼式太陽敏感器第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件相對編 碼式太陽敏感器基準(zhǔn)鏡的安裝位置，使第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件相對于編碼式太陽敏 感器基準(zhǔn)鏡的輸出角度均不超過0.1° ; (ii) 根據(jù)預(yù)先設(shè)定的非測量軸角度步進(jìn)值在預(yù)先設(shè)定的非測量軸角度變化范圍內(nèi)改 變編碼式太陽敏感器第一光學(xué)組件的非測量軸角度，每個(gè)非測量軸角度下，第一光學(xué)組件 的測量軸角度按照預(yù)先設(shè)定的測量軸角度步進(jìn)值在[-2°?0° ]區(qū)間內(nèi)取值，從而獲得第 一光學(xué)組件在各取值區(qū)間內(nèi)的標(biāo)定點(diǎn)數(shù)據(jù)； (iii) 根據(jù)預(yù)先設(shè)定的非測量軸角度步進(jìn)值在預(yù)先設(shè)定的非測量軸角度變化范圍內(nèi)改 變編碼式太陽敏感器第二光學(xué)組件的非測量軸角度，每個(gè)非測量軸角度下，第二光學(xué)組件 的測量軸角度按照預(yù)先設(shè)定的測量軸角度步進(jìn)值在[-2°?0° ]區(qū)間內(nèi)取值，從而獲得第 二光學(xué)組件在各取值區(qū)間內(nèi)的標(biāo)定點(diǎn)數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種編碼式太陽敏感器細(xì)碼誤差標(biāo)定及補(bǔ)償方法，其特征在 于：所述步驟（2)中的非測量軸角度步進(jìn)值為5°?10°。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種編碼式太陽敏感器細(xì)碼誤差標(biāo)定及補(bǔ)償方法，其特征在 于：所述步驟（2)中的預(yù)先設(shè)定的非測量軸角度變化范圍為[-60°，+60° ]。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種編碼式太陽敏感器細(xì)碼誤差標(biāo)定及補(bǔ)償方法，其特征在 于：所述步驟（2)中的測量軸角度步進(jìn)值小于等于0.0625°。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種編碼式太陽敏感器細(xì)碼誤差標(biāo)定及補(bǔ)償方法，其特征在 于：所述步驟（2)中的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型是太陽敏感器測量軸角度的周期函數(shù)，周期為0.5°。
【文檔編號(hào)】G01C1/00GK104280048SQ201410557255
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】趙媛, 呂政欣, 莫亞男, 賈錦忠, 崔堅(jiān), 陳然 申請人:北京控制工程研究所