太阳敏感器是什么

太阳敏感器（sun sensor）是在航空领域应用最广泛的一类敏感器，所有的卫星上都配备有太阳敏感器。通过敏感太阳矢量的方位来确定太阳矢量在星体坐标中的方位，从而获取航天器相对于太阳方位信息的光学姿态敏感器。选择太阳作为参考目标是因为太阳视在圆盘的角半径几乎和航天器轨道无关并且很小，因此，对大多数应用而言，可以把太阳近似看作点光源。这样就简化了敏感器设计和姿态确定算法。并且，太阳的高亮度、高信噪比使得检测比较容易实现。

图一：太阳敏感器

模拟式太阳敏感器工作原理

模拟式太阳敏感器的输出信号为模拟量，其大小和符号是太阳光入射角的连续函数。模拟式太阳敏感器通常又叫做余弦检测器，这是因为硅太阳电池输出电流与太阳光入射角成正弦规律变化。

图2所示为一简单的模拟式太阳 敏感器工作原理。它由两个间距很近的 光电敏感元件(也称光电池或光敏元件)、光学透镜(或狭缝)和处理线路组成。当太阳光垂直照到两个光电敏感元 件上时，两者所产生的电流之差为敏感 器的输出。由于两个光电敏感元件的特 性选得很接近，所以敏感器的输出为零。

图二：模拟式太阳敏感器工作原理

太阳敏感器的基本构造

太阳敏感器的构成主要包括三个方面：光学头部、传感器部分和信号处理部分。光学探头包括光学系统和探测器件，它利用光电转换功能实时获取星体相对太阳的姿态角度信息。光学头部可以采用狭缝、小孔、透镜、棱镜等方式；传感器部分可以采用光电池、CMOS器件、码盘、光栅、光电二极管、线阵CCD、面阵CCD、APS、SMART等各种器件；信号处理部分方案可采用分离电子元器件、单片机、可编程逻辑器件等。

数字式太阳敏感器

模拟式太阳敏感器的实现原理简单，但是其精度却难以满足卫星姿态控制系统日益提高的要求，并且，模拟式太阳敏感器容易受到地球反射光等其它光源的干扰使对姿态测量的结果产生误差，因此，数字式太阳敏感器得到了很大的发展。并且，数字式太阳敏感器能够满足越来越高的重量轻、功耗低、精度高、模块化等要求。 数字式太阳敏感器是通过计算太阳光线在探测器上相对中心的位置的偏差来计算太阳光的角度的敏感器，主要有CCD和APS两种，其中CCD太阳敏感器包括线列CCD数字式太阳敏感器和面阵CCD式太阳敏感器，而APS数字式太阳敏感器则以面阵为主。目前应用CCD的数字式太阳敏感器产品较多。 数字式的太阳敏感器的视场一般在±60°左右，其精度能够达到≤0.05°。其原理多是采用太阳光通过狭缝照射在CCD探测器上，通过计算太阳成像偏离CCD中心的位置来计算太阳光的夹角。其工作波段多采用0.4mm~1.1mm的可见光波段。 虽然数字式太阳敏感器的视场很大，但真正用到的只是其中的一小段，在实际工作中它只对靠近光轴的主要区域重点探测，远离光轴的两侧只在较少时候进行探测；另外，为了避免被太阳能电池帆板等反射的太阳光干扰，太阳敏感器对偶然出现的较强信号也会将其滤除；最后，数字式太阳敏感器一般在CCD的前面要加滤光片，用来衰减太阳光强，使其不至于工作在饱和状态。