一种基于APS技术的太阳光入射角测量方法及装置

摘要

本发明涉及一种基于APS技术的太阳光入射角测量方法及装置，其特征在于：本发明的测量方法通过将在实验室中模拟得到的数据进行拟合，得到关于太阳光入射角正切值的多项式方程的参数，并将其预置在存储设备中，在本发明的装置的实际操作中，只需将实时采集的有关数据代入方程中，即可得到太阳光入射角的正切值并计算出太阳光入射角，因此本发明的测量方法具有计算量小和使用简便的特点。本发明的装置包括感光探测器、光线引入器和感光探测器与光线引入器之间的腔体；其中感光探测器包括保护玻璃、充气腔体和感光像素，保护玻璃、充气腔体和感光像素封装在感光探测器内部。本发明的太阳光入射角测量方法和装置可广泛用于航天器上姿态测量控制系统。

主权项

1、一种基于APS技术的太阳光入射角测量方法，其步骤包括：1)在实验室中模拟真实运行环境，调整实验装置，使太阳敏感器与太阳模拟器处在一条直线上；2)使所述太阳模拟器发出的模拟太阳光线垂直照射在所述太阳敏感器上，同时记录太阳成像点的零点坐标(x₀，y₀)；3)改变所述模拟太阳光线的入射角，每隔1°记录一次所述模拟太阳光线入射角θ_n和与之对应的太阳光成像点的坐标(x_n，y_n)，其中n＝1，…，m-1，m为记录次数；4)根据所述太阳光成像点的坐标(x_n，y_n)和零点坐标(x₀，y₀)，计算成像位置$l_n=\sqrt{{(x_n-x_0)}^2+{(y_n-y_0)}^2};$5)采用多项式拟合的方法对tanθ_n与l_n进行拟合，则μ次多项式为：${\tan \theta }_n=a_{\mu }{l}_n^{\mu }+a_{\mu -1}{l}_n^{\mu -1}+···+a_2{l}_n^2+a_1{l}_n^1$所述μ次多项式展开后如下：$\left[\begin{array}{ccccc}{l}_1^{\mu }& l_1^{\mu -1}& ···& l_1^2& l_1^1\\ l_2^{\mu }& l_2^{\mu -1}& ···& l_2^2& l_2^1\\ ·& ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·& ·\\ l_{m-2}^{\mu }& l_{m-2}^{\mu -1}& ···& l_{m-2}^2& l_{m-2}^1\\ l_{m-1}^{\mu }& l_{m-1}^{\mu -1}& ···& l_{m-1}^2& l_{m-1}^1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_{\mu }\\ a_{\mu -1}\\ ·\\ ·\\ ·\\ a_2\\ a_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\tan \theta }_1\\ {\tan \theta }_2\\ ·\\ ·\\ ·\\ {\tan \theta }_{m-2}\\ {\tan \theta }_{m-1}\end{array}\right]$令：$L=\left[\begin{array}{ccccc}{l}_1^{\mu }& l_1^{\mu -1}& ···& l_1^2& l_1^1\\ l_2^{\mu }& l_2^{\mu -1}& ···& l_2^2& l_2^1\\ ·& ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·& ·\\ l_{m-2}^{\mu }& l_{m-2}^{\mu -1}& ···& l_{m-2}^2& l_{m-2}^1\\ l_{m-1}^{\mu }& l_{m-1}^{\mu -1}& ···& l_{m-1}^2& l_{m-1}^1\end{array}\right],$$A=\left[\begin{array}{c}{a}_{\mu }\\ a_{\mu -1}\\ ·\\ ·\\ ·\\ a_2\\ a_1\end{array}\right],$$\tan \theta =\left[\begin{array}{c}{\tan \theta }_1\\ {\tan \theta }_2\\ ·\\ ·\\ ·\\ {\tan \theta }_{m-2}\\ {\tan \theta }_{m-1}\end{array}\right]$则可通过拟合方法，来拟合系数$A=\frac{L}{\tan \theta };$6)将所述系数A和所述零点坐标(x₀，y₀)存储于处理器中作为预置参数；7)在使用状态时，任意时刻t测量的成像点位置坐标为(x_t，y_t)，结合所述零点坐标(x₀，y₀)，计算当前成像点位置$l=\sqrt{{(x_t-x_0)}^2+{(y_t-y_0)}^2},$通过方程tanθ_t＝a_μl^μ+a_μ-1l^μ-1+…+a₂l²+a₁l¹，得到当前太阳光入射角θ_t的正切值tanθ_t；8)计算出两轴太阳光入射角α_t，β_t：${\alpha }_t=\arctan \frac{-(x_t-x_0)\tan \left({\theta }_t\right)}{\sqrt{{(x_t-x_0)}^2+{(y_t-y_0)}^2}}$。${\beta }_t=\arctan \frac{-(y_t-y_0)\tan \left({\theta }_t\right)}{\sqrt{{(x_t-x_0)}^2+{(y_t-y_0)}^2}}$