航天器二維太陽敏感器量測的方法
【技術領域】
[0002] 本發明本發明涉及太陽敏感器測量技術，尤其是一種航天器二維太陽敏感器量測 的方法。
[0003]
【背景技術】
[0004] 各種近地航天器和深空探測器發展迅速，測量太陽矢量與航天器本體或太陽電池 陣的位置關系是必不可少的環節，直接影響航天器在軌能源的獲取。因此針對太陽敏感器 的合理測量方法至關重要，復雜程度影響工程實現，測量精度直接影響能源獲取效果。目 前，大多數航天器均配置太陽敏感器，以量測太陽矢量與航天器本體或者太陽電池陣的定 量關系，其主要功能為：有效獲取能源和全姿態捕獲過程中的定位功能。
[0005] 目前在軌航天器為有效獲取能源和全姿態捕獲過程中定量量測太陽矢量方位，其 比較成熟的測量方法主要有以下兩種： 1. 如圖1所示，以兩片電池片的太陽敏感器為例，兩片電池片具有一定 構型，通過兩片電池片的受照強弱差異確定太陽矢量的位置，其測量公式為 22= a為標定系數，P為測量角度，同理確定另一維的測量角度，通過兩個測量 角度確定太陽矢量方位； 2. 如圖2所示，以具有四片同等大小電池片的太陽敏感器為例，四片電池片位于同一 平面且在"盒子"底部，通過四片電池片的受照面積大小差異確定太陽矢量的位置，其測量 公式：
b為標定系數，0為測量角度，同理確定另一維的測量角 度，通過兩個測量角度確定太陽矢量方位。
[0006] 以上兩種成熟的太陽敏感器測量方法廣泛應用于航天器測量技術中。第一種方法 所用到的太陽敏感器體積較小，視場范圍大，適合安裝在太陽電池陣上或用于全姿態捕獲 過程中的對日定向；第二種方法所用到的太陽敏感器體積較大，視場范圍小，適合安裝在較 大的航天器上。
[0007]
【發明內容】
[0008] 本發明的目的在于提供一種航天器二維太陽敏感器量測的方法，能夠提高量測太 陽矢量方向的精度。
[0009] 為解決上述問題，本發明提供一種航天器二維太陽敏感器量測的方法，包括： 步驟一，用四片電池片LI、L2、L3、L4組成金子塔型的航天器二維太陽敏感器，并定義 航天器二維太陽敏感器的量測坐標系XYZ ; 步驟二，在航天器二維太陽敏感器的量測坐標系XYZ下，用第一圖形表示太陽矢量RsA 與航天器二維太陽敏感器的四片電池片的空間關系； 步驟三，根據第一圖形在航天器二維太陽敏感器的量測坐標系XYZ下，用第二圖形表 示航天器二維太陽敏感器的每片電池片法線和太陽矢量RsA的邊角關系； 步驟四，根據第二圖形在航天器二維太陽敏感器的量測坐標系下推導每片電池片的電 流與兩個角度的定量關系，根據所述定量關系確定所述兩個角度，其中，所述兩個角度分別 為太陽矢量在ZOY平面上的投影與Z軸的夾角#:、太陽矢量在ZOX平面上的投影與Z軸的 夾角& 進一步的，在上述方法中，步驟三包括： 用AB、AC、AP、AQ分別表示電池片LI、L2、L3、L4的法線，則面ABC即為其法平面， 興，則AE是太陽矢量在法平面ABC上的投影，面ABC在面ZOY上，面PAQ在面 ZOX上，RsG I面APQ，則AG為太陽矢量在面PAQ上的投影，F為BC的中點，則AF在Z軸上， ZBAC = y , y為每片電池片L1、L2、L3、L4分別與金子塔型的航天器二維太陽敏感器的 底面的夾角，13卬> ^90°。
[0010] 進一步的，在上述方法中，步驟四包括： 設太陽矢量1?? =:丨:，通過每片電池片輸出電流的大小確定AE = q 9
9
，其中，h、i2、i3、i 4分別為每片電池片L1、L2、L3、L4輸出的電 流3、a 4分別為太陽矢量和每片電池片法線的夾角，S是每片電池片的面積， K是比例系數； 根據
得到如下公式（1)和 (2)：
由余弦公式得到公式（3):
由 Ri ，設:，得到公式（4):
由公式（3)和⑷推導出（BE-CEXKE+CI^FtYco-si^nsa〗.），由于每片電池 片LI、L2、L3、L4分別與金子塔型的航天器二維太陽敏感器的底面的夾角Γ已知，得到：
根據公式（5)式得到：
，與EF的求法同理，得到
由 于 _鍵4_. ，得至Ll
， ? .a::......
由⑴和（2)式得到：
將
代入公式（6)和（7)，得到公式（8)和 (9)：
根據公式（8)和（9)得到太陽矢量在ZOY平面上的投影與Z軸的夾角P、太陽矢量在 ZOX平面上的投影與Z軸的夾角P。
[0011] 與現有技術相比，本發明通過用四片電池片L1、L2、L3、L4組成金子塔型的航天器 二維太陽敏感器，并定義航天器二維太陽敏感器的量測坐標系XYZ ;在航天器二維太陽敏 感器的量測坐標系XYZ下，用第一圖形表示太陽矢量RsA與航天器二維太陽敏感器的四片 電池片的空間關系；根據第一圖形在航天器二維太陽敏感器的量測坐標系XYZ下，用第二 圖形表示航天器二維太陽敏感器的每片電池片法線和太陽矢量RsA的邊角關系；根據第二 圖形在航天器二維太陽敏感器的量測坐標系下推導每片電池片的電流與兩個角度的定量 關系，根據所述定量關系確定所述兩個角度，其中，所述兩個角度分別為太陽矢量在ZOY平 面上的投影與Z軸的夾角摩、太陽矢量在ZOX平面上的投影與Z軸的夾角泠，能夠提高量 測太陽矢量方向的精度，方法簡單，易于實現，適用于近地航天器和深空探測器。
[0012]
【附圖說明】
[0013] 圖1是現有的一定構型的幾片電池片與太陽光的關系圖； 圖2是現有的同等大小電池片與太陽光的關系圖； 圖3是本發明一實施例的二維太陽敏感器量測坐標系圖； 圖4是圖1的二維太陽敏感器的金字塔型電池片法線和太陽矢量的邊角關系示意圖。
[0014]
【具體實施方式】
[0015] 為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實 施方式對本發明作進一步詳細的說明。
[0016] 如圖3和4所示，本發明提供一種航天器二維太陽敏感器量測的方法，包括： 步驟S1，如圖3所示，用四片電池片LI、L2、L3、L4組成金子塔型的航天器二維太陽敏 感器，并定義航天器二維太陽敏感器的量測坐標系XYZ ; 步驟S2,在航天器二維太陽敏感器的量測坐標系XYZ下，用第一圖形即圖3表示太陽矢 量RsA與航天器二維太陽敏感器的四片電池片的空間關系； 步驟S3,根據第一圖形在航天器二維太陽敏感器的量測坐標系XYZ下，用第二圖形即 圖4表示航天器二維太陽敏感器的每片電池片法線和太陽矢量RsA的邊角關系；具體的， 圖4中用AB、AC、AP、AQ分別表示電池片LI、L2、L3、L4的法線，則面ABC即為其法平面， ，則AE是太陽矢量在法平面ABC上的投影，面ABC在面Ζ0Υ上，面PAQ在面 Ζ0Χ上，RsG丄面APQ，則AG為太陽矢量在面PAQ上的投影，F為BC的中點，則AF在Z軸上， = y ^為每片電池片L1、L2、L3、L4