一种用于微纳卫星的数字太阳敏感器

本发明属于卫星技术，具体涉及一种用于微纳卫星的数字太阳敏感器。

背景技术：

1、近年来，随着微纳卫星性能、功能密度、灵敏度和使用寿命的显著提高，其凭借着重量轻、体积小、成本低、研制周期短、功能密度高、性价比高等优点逐步进入了装备化、实用化的阶段；并在通信、遥感、导航、海洋监测和科学探索等领域迅速发展。随着技术和商业模式的不断创新，微纳卫星呈现出快速发展的趋势。而太阳敏感器是航天任务中的常用光电姿态传感器之一，可提供太阳矢量与卫星上特定轴线间的角度反馈，用于确定太阳相对于卫星的方向和位置，可保护星上敏感设备免受太阳光线的干扰。几乎所有的卫星都安装太阳敏感器，以便根据其提供的姿态反馈信息完成卫星各个阶段的姿态控制任务。随着对卫星的机动性、敏捷性和精确控制能力的要求逐渐增高，太阳敏感器在现代卫星系统中也越来越重要，因此提出了高精度数字太阳敏感器设计方案。

2、国外在研制数字太阳敏感器方面整体超前于国内，商业化方面也较为成熟，除了科研机构外，相关公司也研制出用于出售的成熟产品，但算法较为复杂，功耗较大，部分精度较高的尺寸体积也较大，且售价普遍较为昂贵；国内研制的数字太阳敏感器大多数无法兼顾体积、视场角、精度、体积大小等多方面因素

技术实现思路

1、本发明提出了一种用于微纳卫星的数字太阳敏感器，结构简单，零部件数目少，制造改进方便。

2、实现本发明的技术解决方案为：一种用于微纳卫星的数字太阳敏感器，包括镜头模块、上盖板、图像采集支撑架、图像处理支撑架、底盖板、图像采集板和图像处理板。图像采集板固定在图像采集支撑架内，图像处理板固定在图像处理支撑架内，自前向后将上盖板、图像采集支撑架、图像处理支撑架、底盖板通过螺栓固连，镜头模块固定在上盖板的前端面中心，图像采集板分别与镜头模块和图像处理板连接。

3、所述镜头模块和图像采集板主要实现对图像的采集作用，图像处理板实现对图像的处理，得到太阳的方位角信息。其中镜头模块将被摄物体反射过来的光，经折射、聚焦后，投影到图像采集板的cmos的感光元件上，再将感光元件的数据进行采集，将采集到的图像传输给图像处理板，经过图像处理板完成对图像处理后输出太阳方位角。此外，图像处理板发送工作指令给图像采集板，图像采集板得到工作指令后进行图像采集。

4、本发明与现有技术相比，其显著优点在于： 本发明使用fpga的并行处理能力使得图像处理更加迅速，满足实时性技术的要求；且结构简单，零部件数目少，制造改进方便；制造装配和维修都比较容易，因而成本大大降低；在设计完成之后就可制造出产品，易于推广。

技术特征：

1.一种用于微纳卫星的数字太阳敏感器，其特征在于：包括镜头模块（1）、上盖板（2）、图像采集支撑架（4）、图像处理支撑架（6）、底盖板（7）、图像采集板（3）和图像处理板（5）；图像采集板（3）固定在图像采集支撑架（4）内，图像处理板（5）固定在图像处理支撑架（6）内，自前向后将上盖板（2）、图像采集支撑架（4）、图像处理支撑架（6）、底盖板（7）通过螺栓固连，镜头模块（1）固定在上盖板（2）的前端面中心，图像采集板（3）分别与镜头模块（1）和图像处理板（5）连接；

2.根据权利要求1所述的用于微纳卫星的数字太阳敏感器，其特征在于：镜头模块（1）中的镜头采用工业相机。

3.根据权利要求1所述的用于微纳卫星的数字太阳敏感器，其特征在于：图像采集板（3）包括cmos芯片、第一滤波模组、第一供电转压模块、信号电压转压模块；第一滤波模组是为了对ev76c660输入的供电电压进行稳压，保证电压的平稳性，第一滤波模组包括第一滤波模块s1、第二滤波模组s2、第三滤波模块s3、第四滤波模块s4、第五滤波模块s5、第六滤波模块s6、第七滤波模块s7、第八滤波模块s8、第九滤波模块s9、第四十电容c40和第四十一电容c41；

4.根据权利要求3所述的用于微纳卫星的数字太阳敏感器，其特征在于：图像处理板（5）包括控制处理器、第二滤波模组、第二供电转压模块、spi通信模块、rs232模块、rs422模块、系统时钟信号模块、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第七电阻r7、第八电阻r8、第二十一电阻r21；

5.根据权利要求4所述的用于微纳卫星的数字太阳敏感器，其特征在于：第一供电转压模块正常工作下经过第一滤波模组将工作电压输入给cmos芯片，第二供电转压模块正常工作下经过第二滤波模组将工作电压分别输入给控制处理器；图像处理板（5）中的控制处理器将工作指令发给spi通信模块，spi通信模块将工作指令数据再传回给控制处理器后，spi通信模块再将控制信号先经过信号电压转压模块3.3v转1.8v后传输给cmos芯片，满足cmos芯片输入信号电压的要求，cmos芯片收到spi通信模块的发来的工作指令后打开镜头模块（1）的使能端，实现镜头模块（1）中镜头的开启；图像采集板（3）收到图像处理板（5）的工作指令后，打开cmos芯片的使能端，cmos的感光元件开始接收由镜头模块（1）折射而来的光，并且感光元件将图像信号经过信号电压转压模块1.8v转3.3v后传输给控制处理器，满足控制处理器芯片输入信号电压的要求，控制处理器收到图像信号后进行图像处理后得到太阳的方位角，再经过rs422或是rs232将得到的方位角结果进行输出。

技术总结
本发明公开了一种用于微纳卫星的数字太阳敏感器，包括镜头模块、上盖板、图像采集支撑架、图像处理支撑架、底盖板、图像采集板和图像处理板。图像采集板固定在图像采集支撑架内，图像处理板固定在图像处理支撑架内，自前向后将上盖板、图像采集支撑架、图像处理支撑架、底盖板通过螺栓固连，镜头模块固定在上盖板的前端面中心，图像采集板分别与镜头模块和图像处理板连接。本发明使用FPGA的并行处理能力使得图像处理更加迅速，满足实时性技术的要求；且结构简单，零部件数目少，制造改进方便；制造装配和维修都比较容易，因而成本大大降低；在设计完成之后就可制造出产品，易于推广。

技术研发人员：廖文和,王波,张翔,杜荣华,肖勇
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12