摘要：针对微小卫星姿态确定与控制系统的需求,西北工业大学与荷兰代尔夫特理工大学共同研发了低成本小型无线自动太阳敏感器(Micro Wireless Automatic Sun Sensor,μWASS)。该敏感器采用四象限探测器作为感光部件,使用集成ZigBee通信协议的低功耗51单片机内核作为处理器,利用三结砷化镓太阳能电池片产生电能为系统供电。在能量储存方面,创造性地使用了超级电容作为储能部件。同时,在系统设计中考虑了空间环境辐射与高低温变化,增加了额外保护电路。μWASS视场角为120°×120°,在整个视场范围内精度小于0.5°(1σ),平均功耗为30 mW。与目前现有的模拟式太阳敏感器相比,μWASS的测量数据通过无线通信方式传输,不需要专门接插件以及外部模拟/数字转换电路,可以实现即插即用,降低了太阳敏感器在卫星上的安装难度,提高了系统可靠性。μWASS实现了太阳敏感器的低成本、微型化和无线化,未来可以广泛用于各种微小卫星。

摘要：基于微小型两轴转台及太阳模拟器,设计了一种太阳敏感器光学信号动态激励系统,适用于卫星控制分系统闭路验证过程.通过对光源、光路、积分器、准直镜的合理选型、设计,使得模拟光的辐照度、准直度、辐照不均匀度、辐照不稳定度达到了控制分系统闭路验证的性能要求.通过结构设计、滑环设计、伺服控制设计,实现了0.02°的转台角度控制精度,以及360°全范围的角度空间可达.综合试验结果表明,该激励系统能够实现卫星在全天球范围内运行过程中对太阳敏感器的有效信号激励,能够应用于控制分系统的闭路验证系统.

摘要：微型数字式太阳敏感器光学系统由APS CMOS图像传感器和基于MEMS工艺的小孔阵列式光线引入器组成。图像传感器的分辨率为1024×1024pixel,像素尺寸为10μm×10μm;光线引入器具有微小孔阵列结构,小孔为方形孔,30×30阵列,尺寸为60μm×60μm,间距为250μm。光线引入器采用了MEMS工艺的掩模板制备工艺。针对所设计的光学系统计算了曝光时间,并在此基础上进行了地面成像实验。实验结果表明,光学系统设计合理,保证了敏感器所具有的高精度和大视场。

摘要：地磁场矢量是关于卫星位置的函数,利用星载三轴磁强计测量地磁场矢量,并且引入国际地磁场参考模型标准值,即可确定卫星的位置和速度。由于地磁场模型存在不确定性和长期变化性,所以单一使用磁强计自主导航精度有限。提出一种基于三轴磁强计与太阳敏感器相结合的自主导航方法,将太阳敏感器输出的高精度矢量信息与地磁场信息相结合,设计在太阳光照区和太阳阴影区两种情况下基于信息融合的组合导航原理及滤波算法并进行数值仿真,通过对仿真结果进行分析和比较,论证所设计方法既提高了系统的导航精度和鲁棒性,又有利于工程实际应用。

摘要：对一种基于新型光线引入器和有源像素传感器(APS)CMOS图像传感器的微型数字式太阳敏感器进行了设计和原理实验研究。介绍了系统的工作原理、光线引入器的结构特点和APSCMOS图像传感器的特点,进行了系统误差分析与实验。实验结果表明太阳敏感器的角度估算精度在±10°视场角内为0.16°。对太阳敏感器的实验研究和屏阵列光线引入器的结构设计与使用性能的初步探讨说明大面阵CMOS图像传感器和新型光线引入器有助于太阳敏感器的微型化和高精度化。

摘要：从所需电池片数量、外围电子器件、所需视场角度、制造工艺等要求出发,设计了工程上适合皮卫星应用的太阳敏感器,并分析获得太阳入射角——光电流非理想的余弦特性、光电流的噪声起伏、处理电路非线性、A/D采样非线性、温度测量不确定性等因素对光电单元测角产生的误差,从而获得太阳矢量测量误差为8.12°。

摘要：为了提高微纳卫星的定姿精度,针对四象限模拟太阳敏感器提出高精度误差补偿方法,设计完整的自动标定流程.分析四象限硅光电池片光生电流的测量过程,将太阳光入射后的投影关系进行建模,提取主要误差源.综合考虑各环节,对各路电流测量误差进行单独矫正,对机械加工与安装误差和忽略遮光罩厚度导致误差进行补偿,形成了完备的补偿方法.实验结果表明,机械加工与安装误差为主要误差源,忽略遮光罩厚度导致误差的影响略大于电流测量误差的影响.应用该方法在±40°视场范围内补偿前平均精度为3.072°(1σ),补偿后平均精度为0.177°(1σ),现有其他方法标定后精度为0.5°(1σ),提出方法的精度提升了约3倍.针对标定测试工序,设计全流程自动化标定测试方法,效率明显提高,适合大批量应用.

摘要：提出并设计了一种基于FPGA的小型CMOS数字式太阳敏感器。对其光学系统设计参数进行了合理选择,采用了“质心法”求取太阳像光斑中心位置,并用最小二乘法对该太阳敏感器进行了标定。经过测试,应用该技术实现的太阳敏感器样机的视场范围可达到60°×60°,测角精度可达到0.05°,帧频10Hz,质量小于250g,总功耗为750mW。包括处理电路在内的整个结构尺寸为80mm×80mm×35mm。

摘要：为适应微小卫星发展的需求,提出了基于线阵电荷耦合器(Charge-Coupled Devices,CCD)的N字形狭缝数字太阳敏感器研究方案,以减小系统功耗并降低系统复杂度。该方案通过采用带有N字形狭缝的光线引入器以及单个线阵CCD作为光线探测器,实现了太阳敏感器对两轴太阳角的精确计算。提出利用迭代算法和修正系数对系统折射误差进行修正的方法,进一步结合质心算法,能够快速准确修正系统误差,提高系统精度和分辨率。N型数字太阳敏感器视场角可达(±60°)×(±60°),在整个视场范围内定姿精度优于0.1°,功耗300mW。该数字太阳敏感器具有低功耗、大视场角和高精度的特点,设计、算法均大大简化,实现了太阳敏感器的微型化,在各种微小卫星上有广阔的应用前景。

摘要：研制了一种适用于微型航天器的两轴数字式太阳敏感器,其光学系统由CMOS APS图像传感器和MEMS工艺制作的孔阵列结构光线引入器组成。敏感器外形尺寸68mm×68 mm×58 mm,质量小于300 g,功耗低于2.5 W,更新率优于2Hz。该文介绍了CMOS APS图像传感器的优势及其在太阳敏感器中的应用,以及所研制微型太阳敏感器的系统硬件、软件设计。对微型太阳敏感器样机进行了标定,结果表明微型太阳敏感器在±64°视场以内精度优于0.1°,±10°视场以内精度优于0.02°。