一种监视码内置的四象限硅光电池的制作方法

本发明涉及一种监视码内置的四象限硅光电池，属于航天器GNC系统中模拟式太阳敏感器
技术领域：
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背景技术：
：太阳敏感器可用于检测与太阳敏感器相固联的空间飞行器本体相对于太阳矢量的方位，以确定空间飞行器的姿态，适用于各类轨道的卫星、飞船及探测器的姿轨控制、帆板定向等任务，是航天器GNC系统中重要的测量部件。微小卫星具有质量轻、体积小、研制周期短、机动性强、发射灵活、可编队组网等特点，在军民两用高新技术中具有独特的应用价值，近年来得到了迅速发展。同常规卫星相同，GNC系统是微小卫星平台各功能实现的重要保障。而由于太阳位置适中，太阳敏感器易于实现小型化和低功耗，可高可靠地对太阳矢量角进行高精度检测，适用于微小卫星的帆板定向、卫星定姿等多种任务，成为微小卫星GNC系统应用最多的姿态敏感器之一。基于光电池光伏特性的模拟式太阳敏感器在小体积、低功耗、低成本、高更新率等方面具有很大优势，而目前模拟式太阳敏感器大多基于A/B型硅光电池，仅能测量单轴太阳矢量角，且敏感器体积、质量、视场和精度等指标均不能满足航天器日益增长的发展需求，特别是微小卫星的发展，对其应用提出了严峻挑战。技术实现要素：本发明的技术解决问题为：针对现有模拟式太阳敏感器存在的缺陷，提出了一种监视码内置的四象限硅光电池，可用于构建双轴微型模拟式太阳敏感器，可在双轴大视场范围内实现太阳矢量角的高精度测量，并具有视场指示功能，具有算法简便、灵活的特点，可对现有模拟式太阳敏感器实现功能替代，并能充分满足未来卫星平台微小型化、智能化的发展趋势，具有广泛的应用前景。本发明的技术解决方案为：一种监视码内置的四象限硅光电池，包括受光面和非受光面；所述的受光面包括检测码区、监测码区、集电区和电极引线；检测码区为正方形，将正方形的检测码区均匀划分为四个象限，在检测码区上光刻出四个独立的同尺寸同面积的检测码，分别为第一检测码、第二检测码、第三检测码、第四检测码；在相邻两个检测码之间分别布设有长方形监测码、左监测码、下监测码、右监测码，其中监视码的长与检测码的边长相同，监视码的宽小于检测码边长的1/4；集电区位于四个检测码的外侧，分成多个子集电区，分别与四个检测码以及四个监测码相连，用于收集四个检测码和四个监测码在光照下输出的光电流，并将光电流通过与各个子集电区连接的电极引线引出；所述的非受光面为四个检测码和四个监测码的光电流的公用地线区域；非受光面的公用地线区域通过电极引线引出。本发明与现有技术相比的优点在于：(1)本发明所述的四象限硅光电池，设置有四个检测码和四个监测码，可实现太阳矢量两轴方位角的同时测量，并具有视场边界指示功能；(2)本发明所述的四象限硅光电池，分别基于检测码和监测码输出的光电流，均可实现太阳矢量角检测和视场指示，提高了所述硅光电池应用的灵活性；(3)本发明所述的四象限硅光电池的不同矢量角检测和视场指示算法间可相互验证，提高了所述硅光电池应用的可靠性。附图说明图1为监视码内置的四象限硅光电池码道布局示意图；图2为监视码内置的四象限硅光电池应用原理；图3为掩膜玻璃通光孔在监视码内置的四象限硅光电池的受光面上的投影。具体实施方式本发明的研究思路为，太阳光线透过掩膜玻璃通光孔，在硅光电池四个检测码和四个监测码的投影不同，进而产生不同的光电流，而光电流间的关系与太阳矢量两轴方位角相关。通过采集各码的光电流，即可实现太阳矢量两轴方位角的解算，并进行视场边界指示。基于此，本发明提出了监视码内置的四象限硅光电池。本发明提出的四象限硅光电池，可实现太阳矢量两轴方位角的同时测量，并具有视场边界指示功能，且分别基于检测码和监测码输出的光电流，均可实现太阳矢量角检测和视场指示，不同算法间可相互验证，进一步提高所述硅光电池应用的可靠性和灵活性。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：图1为监视码内置的四象限硅光电池象限布局示意图，其中，1～4分别为第一～第四检测码，5～8分别上、左、下、右监测码，9为集电区。图2为监视码内置的四象限硅光电池应用原理。本发明提出了一种监视码内置的四象限硅光电池，包括：包括受光面和非受光面，如图1所示；受光面，包括检测码区、监测码区、集电区和电极引线；检测码区为正方形，将正方形的检测码区均匀划分为四个象限，在检测码区上光刻出四个独立的同尺寸同面积的检测码，分别为第一检测码1、第二检测码2、第三检测码3、第四检测码4；在相邻两个检测码之间分别设置了上监测码5、左监测码6、下监测码7、右监测码8；其中监视码的长与检测码的边长相同，监视码的宽小于检测码边长的1/4；集电区9位于检测码1～4、监测码5～8的外侧，分成多块，分别与四个检测码1～4和四个监测码5～8相连，能够收集对应的检测码1～4或监测码5～8在光照下输出的光电流，并将光电流通过与各个集电区连接的电极引线引出；非受光面为四个检测码1～4和四个监测码5～8的光电流的公用地线区域；非受光面的公用地线区域通过电极引线引出。基于所述的四象限硅光电池和掩膜玻璃，可构成双轴模拟式太阳敏感器，实现太阳矢量双轴方位角检测和视场边界指示。其中，掩膜玻璃背面设置有正方形通光孔，并与硅光电池受光面平行且沿受光面法线方向具有一定距离，同时，通光孔中心与硅光电池受光面中心对齐，通光孔两边与硅光电池受光面两边平行，如图2所示。太阳光线经掩膜玻璃通光孔入射到硅光电池的受光面上，引起硅光电池的四个检测码1～4、四个监测码5～8产生光电流，光电流经过硅光电池电极引线引出；在太阳光照下，通过采集四个检测码1～4和四个监测码5～8输出的光电流，可计算太阳矢量的两轴方位角，并进行视场边界指示。基于所述的四象限硅光电池，两轴太阳矢量角计算方法如下，tanα=I1+I4-I2-I3I1+I2+I3+I4d-b-2e2htanβ=I1+I2-I3-I4I1+I2+I3+I4d-b-2e2h---(1)]]>上式中，α、β分别为太阳矢量角。建立坐标系OXYZ，定义原点O位于硅光电池中心，OZ轴垂直硅光电池受光面向上，OX轴由左监测码6指向右监测码8，OY轴由下监测码7指向上监测码5。太阳矢量在XOZ平面内的投影与Z轴夹角为α角，光线从-X方向入射时，α为正；定义YOZ平面内的投影与Z轴夹角为β角，光线从-Y方向入射时，β为正。I1～I4分别为第一～第四检测码输出的光电流，检测码、监测码、掩膜玻璃通光孔分别为a×a、a×b、d×d的区域，e为检测码和监测码间的间距，h为掩膜玻璃通光孔与硅光电池受光面间距。如图3所示。基于所述的四象限硅光电池，太阳敏感器视场边界指示算法如下，当时，αmin≤α≤αmax；当时，βmin≤α≤βmax；其中，IU、ID、IL、IR分别为上监测码、下监测码、左监测码、右监测码输出的光电流，αmin、αmax、βmin、βmax分别为太阳敏感器α、β方向的视场范围。可知，通过计算IR/IL、IU/ID，并与相应阈值进行比较，即可判断太阳矢量角是否位于敏感器视场内。基于所述的四象限硅光电池，两轴太阳矢量角还可采用如下计算方法，tanα=IR-ILIL+IRd-b-2e2htanβ=IU-IDIU+IDd-b-2e2h---(2)]]>基于所述的四象限硅光电池，太阳敏感器视场边界指示还可采用如下算法，当时，αmin≤α≤αmax；当时，βmin≤α≤βmax；本发明可用于构建双轴模拟式太阳敏感器，具有太阳矢量两轴方位角的同时检测及视场指示功能，算法灵活多样，应用可靠，具有广泛的应用前景。本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。当前第1页1 2 3