專利名稱：一種編碼式太陽敏感器誤差建模及標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽敏感器測量領(lǐng)域，具體涉及一種編碼式太陽敏感器誤差建模及標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
太陽敏感器(Sun Sensor)是航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的一類光學(xué)敏感器，其通過測量太陽光矢量來實(shí)現(xiàn)航天器的姿態(tài)測量。目前，太陽敏感器主要分為:“0-1”式太陽出現(xiàn)敏感器、模擬式太陽敏感器、編碼式太陽敏感器和成像式太陽敏感器四種類型；其中，編碼式太陽敏感器結(jié)構(gòu)可靠，技術(shù)成熟，已成功應(yīng)用到我國大多數(shù)衛(wèi)星上。編碼式太陽敏感器主要由光學(xué)探頭和信號處理電路組成；其中，所述光學(xué)探頭一般由刻有入射狹縫的光學(xué)玻璃組件(如半柱面鏡12)、編碼碼盤13和集成光電池(如硅光電池14)組成，如圖1所示。其工作原理為:太陽光10以不同的入射角度經(jīng)入射狹縫11入射到編碼碼盤13上，碼盤上蝕刻有明暗相間的粗細(xì)碼道圖案，編碼碼盤13接收入射太陽光，位于碼盤下的集成光電池娃光電池14根據(jù)碼盤編碼圖案將入射太陽光轉(zhuǎn)換為電信號輸出到信號處理電路，信號處理電路進(jìn)一步將這些電信號進(jìn)行處理，形成編碼式太陽敏感器角度輸出。目前，編碼式太陽敏感器通常以編碼碼盤輸出的信號作為最終測量值，沒有采用相應(yīng)的誤差補(bǔ)償技術(shù)。編碼式太陽敏感器的姿態(tài)測量精度取決于工藝制作水平和組件裝配精度，所以，現(xiàn)有的無誤差補(bǔ)償技術(shù)的編碼式太陽敏感器的測量精度較低。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，航天器對太陽敏感器各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的要求也越來越高?，F(xiàn)有編碼式太陽敏感器的測量精度將無法滿足這一新的需求，為此，迫切需要一種編碼式太陽敏感器的誤差建模及標(biāo)定方法，來提高測量精度，以適應(yīng)航天器技術(shù)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種編碼式太陽敏感器的誤差建模及標(biāo)定方法，可提高測量精度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明提供了一種編碼式太陽敏感器誤差建模及標(biāo)定方法，該方法包括:對編碼式太陽敏感器的誤差因素進(jìn)行分析，建立編碼式太陽敏感器的誤差補(bǔ)償模型；利用標(biāo)定系統(tǒng)對誤差補(bǔ)償模型中的模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。上述方案中，所述對編碼式太陽敏感器的誤差因素進(jìn)行分析，建立編碼式太陽敏感器的誤差補(bǔ)償模型包括:根據(jù)編碼式太陽敏感器的細(xì)碼信號處理方式，建立編碼式太陽敏感器的細(xì)碼信號處理算法誤差模型；
根據(jù)編碼式太陽敏感器的成像過程和結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)，建立編碼式太陽敏感器的結(jié)構(gòu)誤差模型；結(jié)合細(xì)碼信號處理算法誤差模型和編碼式太陽敏感器的結(jié)構(gòu)誤差模型，建立編碼式太陽敏感器的誤差補(bǔ)償模型。上述方案中，所述利用標(biāo)定系統(tǒng)對誤差補(bǔ)償模型中的模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定包括:根據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)，建立編碼式太陽敏感器的標(biāo)定模型；旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺兩轉(zhuǎn)軸到不同角度形成標(biāo)定點(diǎn)數(shù)據(jù)，采集標(biāo)定點(diǎn)數(shù)據(jù)；采用最小二乘的優(yōu)化方法計(jì)算標(biāo)定模型中的參數(shù)。上述方案中，所述根據(jù)編碼式太陽敏感器的細(xì)碼信號處理方式，建立編碼式太陽敏感器的細(xì)碼信號處理算法誤差模型包括:建立細(xì)碼輸出電流的精確表達(dá)；根據(jù)細(xì)碼信號處理電路的工作原理，建立細(xì)碼信號處理算法誤差模型。上述方案中，所述標(biāo)定模型中的參數(shù)包括:編碼式太陽敏感器的誤差補(bǔ)償模型中的模型參數(shù)和標(biāo)定系統(tǒng)的安裝偏差參數(shù)。本發(fā)明提供的編碼式太陽敏感器的誤差建模及標(biāo)定方法，通過對編碼式太陽敏感器的誤差因素進(jìn)行分析，建立包含結(jié)構(gòu)誤差和細(xì)碼信號處理算法誤差的編碼式太陽敏感器的誤差補(bǔ)償模型，并利用標(biāo)定系統(tǒng)對誤差補(bǔ)償模型中的模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。本發(fā)明將標(biāo)定系統(tǒng)的安裝偏差考慮在內(nèi)，建立了包含標(biāo)定系統(tǒng)安裝偏差的編碼式太陽敏感器的標(biāo)定模型，并采用最小二乘法的優(yōu)化方法計(jì)算出標(biāo)定模型中的所有參數(shù)。利用本發(fā)明，能夠有效補(bǔ)償誤差對編碼式太陽敏感器角度測量的影響，從而提高編碼式太陽敏感器的測量精度。


圖1為編碼式太陽敏感器光學(xué)探頭的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的編碼式太陽敏感器誤差建模及標(biāo)定方法實(shí)現(xiàn)流程示意圖；圖3為本發(fā)明的編碼式太陽敏感器標(biāo)定系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的編碼式太陽敏感器誤差建模及標(biāo)定方法一具體實(shí)施例示意圖；圖5為本發(fā)明的編碼式太陽敏感器補(bǔ)償前后的誤差曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種編碼式太陽敏感器誤差建模及標(biāo)定方法，如圖2所示，所述方法包括:步驟1:對編碼式太陽敏感器的誤差因素進(jìn)行分析，建立編碼式太陽敏感器的誤差補(bǔ)償模型；步驟2:利用標(biāo)定系統(tǒng)對誤差補(bǔ)償模型中的模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。如圖4所示，進(jìn)一步的，步驟I包括:步驟10:根據(jù)編碼式太陽敏感器的細(xì)碼信號處理方式，建立編碼式太陽敏感器的細(xì)碼信號處理算法誤差模型；步驟11:根據(jù)編碼式太陽敏感器的成像過程和結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)，建立編碼式太陽敏感器的結(jié)構(gòu)誤差模型；
步驟12:結(jié)合細(xì)碼信號處理算法誤差模型和編碼式太陽敏感器的結(jié)構(gòu)誤差模型，建立編碼式太陽敏感器的誤差補(bǔ)償模型。具體的，步驟10包括:步驟100:建立細(xì)碼輸出電流的精確表達(dá)；這里，由于編碼式太陽敏感器的碼盤圖案由粗碼和細(xì)碼構(gòu)成，輸出的角度等于粗碼加細(xì)碼；通常，碼盤的分辨率取決于碼道的數(shù)量，碼道數(shù)越多，分辨率越高，但受到太陽張角(0.53° )的限制，一般粗碼的分辨率為0.5° ;為了進(jìn)一步提高分辨率，在碼盤中加入了細(xì)碼；細(xì)碼并不是將粗碼的最細(xì)碼道進(jìn)一步刻細(xì)，而是利用各道細(xì)碼輸出是測量角α特定的函數(shù)，并對所有細(xì)碼碼道進(jìn)一步信號處理而得到的。本實(shí)施例中，粗碼通過精密加工和安裝可以保證其精度達(dá)到0.5°，所以，編碼式太陽敏感器的角度計(jì)算誤差主要體現(xiàn)在細(xì)碼的信號處理上。如圖1所示，設(shè)置編碼式太陽敏感器的碼盤圖案由七道粗碼Cl C7和四道細(xì)碼Fl F4組成；假設(shè)細(xì)碼的周期為Qtl，本實(shí)施例中Qtl為2°，四道細(xì)碼的圖案相同，但依次有9^4相位差，那么，理想情況下，四道細(xì)碼Fl F4的輸出電流表示為:
權(quán)利要求
1.一種編碼式太陽敏感器誤差建模及標(biāo)定方法，其特征在于，該方法包括: 對編碼式太陽敏感器的誤差因素進(jìn)行分析，建立編碼式太陽敏感器的誤差補(bǔ)償模型； 利用標(biāo)定系統(tǒng)對誤差補(bǔ)償模型中的模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼式太陽敏感器誤差建模及標(biāo)定方法，其特征在于，所述對編碼式太陽敏感器的誤差因素進(jìn)行分析，建立編碼式太陽敏感器的誤差補(bǔ)償模型包括: 根據(jù)編碼式太陽敏感器的細(xì)碼信號處理方式，建立編碼式太陽敏感器的細(xì)碼信號處理算法誤差模型； 根據(jù)編碼式太陽敏感器的成像過程和結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)，建立編碼式太陽敏感器的結(jié)構(gòu)誤差模型； 結(jié)合細(xì)碼信號處理算法誤差模型和編碼式太陽敏感器的結(jié)構(gòu)誤差模型，建立編碼式太陽敏感器的誤差補(bǔ)償模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的編碼式太陽敏感器誤差建模及標(biāo)定方法，其特征在于，所述利用標(biāo)定系統(tǒng)對誤差補(bǔ)償模型中的模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定包括: 根據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)，建立編碼式太陽敏感器的標(biāo)定模型； 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺兩轉(zhuǎn)軸到不同角度形成標(biāo)定點(diǎn)數(shù)據(jù)，采集標(biāo)定點(diǎn)數(shù)據(jù)； 采用最小二乘的優(yōu)化方法計(jì)算標(biāo)定模型中的參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的編碼式太陽敏感器誤差建模及標(biāo)定方法，其特征在于，所述根據(jù)編碼式太陽敏感器的細(xì)碼信號處理方式，建立編碼式太陽敏感器的細(xì)碼信號處理算法誤差模型包括: 建立細(xì)碼輸出電流的精確表達(dá)； 根據(jù)細(xì)碼信號處理電路的工作原理，建立細(xì)碼信號處理算法誤差模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的編碼式太陽敏感器誤差建模及標(biāo)定方法，其特征在于，所述標(biāo)定模型中的參數(shù)包括:編碼式太陽敏感器的誤差補(bǔ)償模型中的模型參數(shù)和標(biāo)定系統(tǒng)的安裝偏差參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種編碼式太陽敏感器誤差建模及標(biāo)定方法，包括對編碼式太陽敏感器的誤差因素進(jìn)行分析，建立包含細(xì)碼信號處理算法誤差和結(jié)構(gòu)誤差的編碼式太陽敏感器誤差補(bǔ)償模型；利用標(biāo)定系統(tǒng)，對誤差補(bǔ)償模型中的模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。利用本發(fā)明可有效提高編碼式太陽敏感器的測量精度。
文檔編號G01C25/00GK103148866SQ20131003254
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者樊巧云, 張廣軍, 魏新國, 李健, 莫亞男, 崔堅(jiān), 陳然 申請人:北京航空航天大學(xué)