用于微小卫星的全视场太阳敏感装置及方法

摘要

本发明公开了一种用于微小卫星的全视场太阳敏感装置及方法，装置包括全景图像式太阳敏感器、信号处理单元和用于在所述全景图像式太阳敏感器成像的太阳光斑位于测量盲区时采集太阳敏感信息的四片式差动太阳敏感器；方法包括通过全景图像式太阳敏感器获取图像数据；对图像数据求解太阳光斑中心位置；判断太阳光斑中心位置是否位于全景图像式太阳敏感器的测量盲区内，如果太阳光斑位置位于测量盲区外则根据太阳光斑中心位置输出三轴太阳矢量信息；如果太阳光斑位置位于测量盲区内，根据四片式差动太阳敏感器的输入数据输出三轴太阳矢量信息。本发明具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、结构简单的优点，尤其适合用于微小卫星的姿态确定。

主权项

一种用于微小卫星的全视场太阳敏感装置的全视场太阳敏感方法，所述用于微小卫星的全视场太阳敏感装置包括用于采集全景光学图像的全景图像式太阳敏感器(1)和用于计算输出三轴太阳矢量信息的信号处理单元(2)，所述全景图像式太阳敏感器(1)的输出端与信号处理单元(2)相连，其特征在于：所述全视场太阳敏感装置还包括用于在所述全景图像式太阳敏感器(1)成像的太阳光斑位于测量盲区时采集太阳敏感信息的四片式差动太阳敏感器(3)，所述四片式差动太阳敏感器(3)包括顶部开设有透光方孔(311)的遮光罩(31)，所述遮光罩(31)内设有四片相互接触并处于同一平面上的太阳能电池片(32)，所述太阳能电池片(32)为正方形，所述透光方孔(311)设于四片太阳能电池片(32)的正上方，所述太阳能电池片(32)的上表面到透光方孔(311)之间的间距h满足h＝L/tanα，其中L为太阳能电池片(32)边长的一半，α为四片式差动太阳敏感器(3)的视场大小，α为大于或者等于所述全景图像式太阳敏感器(1)的测量盲区的角度值，所述太阳能电池片(32)的输出端与信号处理单元(2)相连，所述信号处理单元(2)包括数字信号处理器(21)、模数转换器(22)、运算放大电路(23)和程序存储模块(24)和外部接口模块(25)，所述数字信号处理器(21)分别与模数转换器(22)、程序存储模块(24)、外部接口模块(25)相连，所述模数转换器(22)通过运算放大电路(23)与太阳能电池片(32)相连，所述数字信号处理器(21)包括DMA控制器(211)和两个并行分布的图像缓冲区(212)，所述图像缓冲区(212)分布通过DMA控制器(211)与全景图像式太阳敏感器(1)相连，其特征在于，所述全视场太阳敏感方法实施步骤如下：1)所述信号处理单元(2)通过全景图像式太阳敏感器(1)获取图像数据；2)所述信号处理单元(2)对图像数据进行二值化转换，所述步骤2)的详细步骤包括：A)设置有效亮度阈值区间，设置过阈值点个数的有效区间；B)从有效亮度阈值区间的最小值开始扫描图像数据，C)在扫描过程中对符合所述过阈值点个数的有效区间的阈值进行记录，在扫描完成后，取这些符合条件的阈值的平均值作为最终阈值参数；D)根据所述最终阈值参数为二值化的亮度阈值对图像数据进行二值化；3)所述信号处理单元(2)对二值化转换后的图像数据求解太阳光斑中心位置，所述步骤3)中信号处理单元(2)求解太阳光斑中心位置具体是指通过$X_s=\frac{\underset{i_0}{\overset{i_f}{\Sigma }}\underset{j_0}{\overset{j_f}{\Sigma }}i}{N_{\mathrm{th}}},$$Y_s=\frac{\underset{i_0}{\overset{i_f}{\Sigma }}\underset{j_0}{\overset{j_f}{\Sigma }}j}{N_{\mathrm{th}}}$求解太阳光斑中心位置的X坐标X_s和Y坐标Y_s，其中N_th为检测到的过阈值点个数；4)所述信号处理单元(2)判断太阳光斑中心位置是否位于全景图像式太阳敏感器(1)的测量盲区内，如果太阳光斑位置位于测量盲区外则根据α＝arctan(Y_s/X_s)、β＝R/f、$R=\sqrt{{X_s}^2+{Y_s}^2}$计算太阳光线在坐标轴X上的角度值α、太阳光线在坐标轴Z上的角度值β和太阳光斑到坐标原点之间的距离R，其中X_s、Y_s为太阳光斑中心位置，f为镜头焦距，然后将所述α、β和R转换为三轴太阳矢量信息并输出；如果太阳光斑中心位置位于测量盲区内则执行下一步；5)检测每一个太阳能电池片(32)输入的电流信号或者电压信号，然后根据$S_b=[\left.\begin{array}{c}-L(A_1+A_2-A_3-A_4)/A\\ -L(A_2+A_3-A_1-A_4)/A\\ -h\end{array}\right]$求解太阳光斑坐标S_b，其中A₁、A₂、A₃、A₄分别为太阳能电池片(32)输入的电流值或者电压值，A为四片太阳能电池片(32)输入的电流值总和或者电压值总和，h为太阳能电池片(32)的上表面到透光方孔(311)之间的间距，L为太阳能电池片(32)边长的一半；然后将所述太阳光斑坐标S_b转换为三轴太阳矢量信息并输出。