防地球反照的太阳敏感器技术研究

admin · 发表于 2023-9-28 09:10:07

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太阳敏感器是以太阳为基准方位，用以测量太阳视线与卫星等航天器某一体轴或坐标平面之间夹角的一种姿态敏感器。太阳敏感器目前广泛运用于航天器的姿态测量系统中。地球反照光是影响太阳敏感器可靠工作的主要干扰。当卫星处于非正常姿态时，地球反照光就有可能进入太阳敏感器视场，对其产生干扰，甚至使其工作失效。从国内外相关文献来看，分析地球反照光对太阳敏感器的影响，主要集中在模拟式、编码式、线阵CCD太阳敏感器，而针对CMOS太阳敏感器的研究比较少。因此，基于CMOS太阳敏感器，对地球反照光进行成像仿真，得到其成像特点，并提出相应的防地球反照光的方法是很有必要的。本文针对地球反照光对CMOS太阳敏感器的影响展开研究，主要包括以下内容： 1、总结了基本的反射类型并推导了对应的反射模型；根据空间光学仪器的入瞳辐亮度模型，推导了地球反照光入瞳辐亮度在漫反射和镜面反射模型下的表达式。 2、根据太阳辐射和地球反照光的特点，并结合太阳敏感器的光学系统参数，分别建立了基于衍射和辐射度学的光学系统模型；根据成像器件特性，建立了统一的光电转换模型；光学系统模型和光电转换模型，组成完整的太阳敏感器成像模型，实现将入射辐射能转换为成像面上的像元灰度。 3、在入射角0~60的范围内，对太阳辐射进行了成像仿真，并与基于太阳模拟器的地面实验结果进行了对比。在确定反射模型、反射率后，在漫反射和镜面反射模型下，分别选择八个和九个典型状态，对地球反照光进行了成像仿真。将两者的仿真结果在光强、灰度、像素个数等方面进行了对比。通过对比，得到了两者的成像特点。 4、根据太阳辐射和地球反照光在成像面上的光强分布是分离的，设计了ROI动态跟踪的方法，只对包含太阳的窗口区域成像；由于地球反照光斑像素个数少，与太阳光斑相比差异明显，在质心定位模块中加入了光斑像素个数判别，剔除地球反照光斑。以上研究内容为提高太阳敏感器的可靠性提供了重要参考。

防地球反照的太阳敏感器技术研究

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