一种编码式太阳敏感器细码误差标定及补偿方法
【专利摘要】一种编码式太阳敏感器细码误差标定及补偿方法，该方法包括以下步骤：计算编码式太阳敏感器细码光学衍射误差并建立编码式太阳敏感器细码误差补偿的统一数学模型；建立误差标定系统，获得编码式太阳敏感器各角度下的标定点数据；然后将标定点数据分别代入数学模型中，得到数学模型的参数值并将确定参数后的数学模型封装到编码式太阳敏感器内部处理器中；在任意测量角度下，编码式太阳敏感器实时输出经过细码误差补偿后的测量角度。本发明可解决编码式太阳敏感器测量误差随角度呈正弦规律性变化问题，有效改善了编码式太阳敏感器系统常值误差，实现了编码式太阳敏感器的简单安装，提高了系统的标定效率。
【专利说明】一种编码式太阳敏感器细码误差标定及补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种太阳敏感器标定及补偿方法，尤其是一种编码式太阳敏感器细码 误差的标定及补偿方法，属于编码式太阳敏感器细码误差的标定领域。
【背景技术】
[0002] 太阳敏感器是卫星姿态控制系统的一个重要测量部件，也是最早用于卫星姿态测 量的姿态敏感器，用于测量太阳相对于敏感器的入射角度。
[0003] 编码式太阳敏感器以专用集成硅光电池片为核心器件，具有大于120° X 120° 的视场范围和全视场优于0.Γ的综合测量精度。
[0004] 编码式太阳敏感器光学组合件作为测角部件，主要由一块棱镜玻璃，上下表面先 镀不透光的金属膜，然后在其上表面光刻出一条透光的窄缝；下表面光刻成透明和不透明 间隔的编码图案，并在编码图案的每条码道上紧贴硅光电池。太阳光由窄缝入射，经光学系 统折射后在编码图案上形成一条窄光带，即太阳光成像。编码图案包括粗码、细码、视场监 视码和全开码共四类。
[0005] 在编码图案中共光刻有四条细码，每条细码是按由周期排列的透明区和不透明区 组成，细码的光刻间隙均在微米级。
[0006] 影响编码式太阳敏感器测量精度的因素包括几何误差（加工、装调）和能量误差 (噪声、能量不均匀、光学系折射、衍射等），经过多年的工艺改进，几何误差影响因素逐渐 减小，而以光学系统中细码衍射为代表的能量误差所占比重较为突出。
[0007] 光电组合件在装配和粘接过程中，由于无法将光学系统的原点与硅光电池的原点 完全对准，在测量太阳相对于敏感器的入射角度时，由此引起的常值测量误差也必须引起 重视。
【发明内容】
[0008] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种编码式太阳敏感器 细码误差标定及补偿方法，解决了目前太阳敏感器测量误差随角度呈正弦规律性变化以及 太阳敏感器存在常值测量误差的问题，通过对太阳敏感器细码误差进行标定及补偿，提高 了太阳敏感器的测量精度。
[0009] 本发明的技术解决方案为：一种编码式太阳敏感器细码误差标定及补偿方法，所 述编码式太阳敏感器包括两个光学组件和基准镜，两个光学组件分别为第一光学组件和第 二光学组件，第一光学组件和第二光学组件均包括测量轴和非测量轴，步骤如下：
[0010] (1)计算编码式太阳敏感器细码的光学衍射误差，具体由公式：
[0011]
【权利要求】
1. 一种编码式太阳敏感器细码误差标定及补偿方法，所述编码式太阳敏感器包括两个 光学组件和基准镜，两个光学组件分别为第一光学组件和第二光学组件，第一光学组件和 第二光学组件均包括测量轴和非测量轴，其特征在于步骤如下： (1) 计算编码式太阳敏感器细码的光学衍射误差，具体由公式：
其中，Fi?F4分别为第一光学组件和第二光学组件内光电池输出的四条细码电流，k 〇 为直流分量，K 1为基波系数，K 2, K 3, ... K n为谐波系数；x = 180 ? a，a为太阳敏感器 测量轴的角度，a的取值区间为[-2°?0° ]; (2) 根据步骤（1)中的编码式太阳敏感器细码光学衍射误差，同时考虑系统常值误差 对测量精度的影响，建立编码式太阳敏感器细码误差补偿的统一数学模型，具体由公式： A x = t〇 ? sin (4 ? 180 ( a +tj)) +t2 给出，其中A x为编码式太阳敏感器细码误差；h和t2为补偿模型中的参数，h 和t2均通过细码误差标定确定参数值； (3) 建立包括转台、编码式太阳敏感器和太阳模拟器的误差标定系统，根据预先设定的 非测量轴角度步进值，在预先设定的非测量轴角度变化范围内分别改变编码式太阳敏感器 第一光学组件和第二光学组件的非测量轴角度，测量轴角度按照预先设定的测量轴角度步 进值在[-2°?0° ]区间内取值，获得编码式太阳敏感器第一光学组件和第二光学组件各 角度下的标定点数据； (4) 利用步骤（3)得到的编码式太阳敏感器第一光学组件和第二光学组件标定点数据 确定步骤（2)中统一数学模型的参数值，分别求得确定参数后的编码式太阳敏感器第一光 学组件和第二光学组件的统一数学模型； (5) 将步骤（4)确定参数后的编码式太阳敏感器第一光学组件和第二光学组件的统一 数学模型封装到编码式太阳敏感器内部处理器中，将编码式太阳敏感器中的第一光学组件 和第二光学组件的实际测量角度分别减去利用确定参数后的编码式太阳敏感器第一光学 组件和第二光学组件的统一数学模型求得的细码误差，得到经过细码误差补偿后的编码式 太阳敏感器第一光学组件和第二光学组件的测量角度； (6) 在任意测量角度条件下，编码式太阳敏感器第一光学组件和第二光学组件分别利 用步骤（5)实时输出经细码误差补偿后角度，实现对卫星精确定姿。
2. 根据权利要求1所述的一种编码式太阳敏感器细码误差标定及补偿方法，其特征 在于：所述步骤（3)中建立包括转台、编码式太阳敏感器和太阳模拟器的误差标定系统， 根据预先设定的步进值在预先设定的非测量轴角度变化范围内分别改变编码式太阳敏感 器第一光学组件和第二光学组件的非测量轴角度，测量轴角度按照预先设定的步进值在 [-2°?0° ]区间内取值，获得编码式太阳敏感器第一光学组件和第二光学组件各角度下 的标定点数据，具体步骤如下： (i) 将转台、编码式太阳敏感器基准镜和太阳模拟器三者建立在同一坐标系内，设置转 台的三轴角度均为零度，分别调节编码式太阳敏感器第一光学组件和第二光学组件相对编 码式太阳敏感器基准镜的安装位置，使第一光学组件和第二光学组件相对于编码式太阳敏 感器基准镜的输出角度均不超过0.1° ; (ii) 根据预先设定的非测量轴角度步进值在预先设定的非测量轴角度变化范围内改 变编码式太阳敏感器第一光学组件的非测量轴角度，每个非测量轴角度下，第一光学组件 的测量轴角度按照预先设定的测量轴角度步进值在[-2°?0° ]区间内取值，从而获得第 一光学组件在各取值区间内的标定点数据； (iii) 根据预先设定的非测量轴角度步进值在预先设定的非测量轴角度变化范围内改 变编码式太阳敏感器第二光学组件的非测量轴角度，每个非测量轴角度下，第二光学组件 的测量轴角度按照预先设定的测量轴角度步进值在[-2°?0° ]区间内取值，从而获得第 二光学组件在各取值区间内的标定点数据。
3. 根据权利要求1所述的一种编码式太阳敏感器细码误差标定及补偿方法，其特征在 于：所述步骤（2)中的非测量轴角度步进值为5°?10°。
4. 根据权利要求1所述的一种编码式太阳敏感器细码误差标定及补偿方法，其特征在 于：所述步骤（2)中的预先设定的非测量轴角度变化范围为[-60°，+60° ]。
5. 根据权利要求1所述的一种编码式太阳敏感器细码误差标定及补偿方法，其特征在 于：所述步骤（2)中的测量轴角度步进值小于等于0.0625°。
6. 根据权利要求1所述的一种编码式太阳敏感器细码误差标定及补偿方法，其特征在 于：所述步骤（2)中的统一数学模型是太阳敏感器测量轴角度的周期函数，周期为0.5°。
【文档编号】G01C1/00GK104280048SQ201410557255
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】赵媛, 吕政欣, 莫亚男, 贾锦忠, 崔坚, 陈然 申请人:北京控制工程研究所