[发明专利]空间遥感器随动遮光罩控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间遥感器的外遮光罩随动控制系统，具体地说，是一种可以通过随动功能来减小入射太阳光线引起的杂散光和热流量问题的外遮光罩随动控制系统。

背景技术

太阳是空间光学系统最主要的杂散光源。因此，空间遥感器外遮光罩对太阳入侵引起的杂散光抑制能力的好坏直接影响到光学系统的成像质量。目前，空间遥感器普遍采用直筒型的遮光罩，这种结构会带来两个问题：

1)当太阳处于遮光罩的斜前方位置时，有一部分太阳光线会打在遮光罩内壁，经过多次反射后会进入光学系统，带来杂散光问题。

2)打在遮光罩内壁的光线会引起遮光罩局部温度分布不均匀，带来热流量问题。

针对以上两个问题，目前常见的外遮光罩改进措施包括：

1)在遮光罩内壁采用特殊涂层，利用涂层的表面材料特性来吸收已进入遮光罩的杂光，从而提高成像系统的信噪比。

2)采用光栏的组合来抑制杂散光，如在遮光罩内部设置挡光环，通过阻挡和散射杂散辐射来减小成像系统的杂散光。

发明内容：

本发明的目的在于设计一种空间遥感器遮光罩随动控制系统，从源头上来消除太阳光线进入到成像系统的杂散光和热流量。整个系统包括检测单元、控制单元、驱动单元以及随动遮光罩主体。

本发明的技术方案是：采用太阳敏感器最为控制系统的检测单元，以得到太阳角度信息；采用基于FPGA的控制电路作为整个控制系统的控制单元，用以接收检测单元信息、实现控制算法以及输出控制信号，控制方式采用了电流矢量恒幅均匀旋转细分技术；采用基于恒流斩波驱动技术的驱动电路作为驱动单元，以驱动遮光罩主体的旋转运动。

控制系统原理：罩体与卫星主体通过滑轮组连接，本身具有绕中心轴旋转的功能，系统运行时，先利用检测单元检测太阳相对于遮光罩的方位角，并将实时的方位角信息传递给控制单元，然后控制单元根据得到的太阳位置信息计算出遮光罩需要转动的角度，最后通过驱动单元驱动遮光罩主体旋转到理想的遮蔽位置，该位置时遮光罩的姿态为长边靠近太阳，短边背离太阳，因此从斜前方入射到罩口的太阳光线能从短边直射出去，从源头上避免了光线在罩体内壁上反射而引起的杂散光和热流量问题。

采用本遮光罩随动控制系统的优点在于：

1)与传统涂层和光栏组合相比，从源头上抑制了太阳引起的杂散光和热流量问题。

2)可广泛适用于非太阳同步轨道，遮光罩本身姿态可以随太阳角度而变，代替了整个卫星平台的姿态调整。

附图说明：

图1随动遮光罩原理示意图。

图2随动遮光罩控制系统组成。

图3随动遮光罩控制系统工作流程图。

图4检测单元(太阳敏感器)原理图。

图5控制系统的细分控制波形图。

具体实施方式：

整个随动遮光罩原理示意如图1所示，罩口呈45°倾斜角设计。遮光罩与卫星平台间通过滑轮组连接，可以实现绕中心轴转动，转动力矩由安装在卫星平台上的步进电机提供。当旋转到理想遮蔽位置时，遮光罩主体长边对日，短边背日，太阳光线可以从短边直射出去。

整个控制系统包括：检测单元、控制单元以及驱动单元，以实现对遮光罩主体的控制，如图2所示。具体流程：首先，通过太阳敏感器检测太阳相对于遮光罩的方位角，并通过RS422接口传送给控制系统；然后，控制系统将得到的数据转换为遮光罩机体坐标系角度，并计算出遮光罩需要转动的角度，最后通过驱动单元控制步进电机将遮光罩旋转到理想的遮蔽位置，具体流程如图3所示。

检测单元为太阳敏感器，本系统中采用了基于CMOS APS的视场复用型数字式太阳敏感器，原理如图3所示。具体工作过程：太阳光线通过小孔在APS上形成太阳像，并把成像区域读入到处理电路，采用一种处理算法重构太阳像中心在探测器上的位置；然后利用太阳敏感器内部的标定方程，根据太阳像中心的位置依次求出X和Y两轴方向相对于光轴的太阳角；最后传给星体的姿控系统，通过矩阵变换得到太阳在星体坐标系中的方位角和俯仰角。

控制单元实现的功能为：读取太阳敏感器的位置信息，通过坐标系转换得到遮光罩需要转动的角度，并给出步进电机控制信号。其中，考虑到遮光罩转动过程可能对卫星平台带来的冲击，步进电机的控制采用了电流矢量恒幅均匀旋转细分技术，以实现将一个步距角细分成若干步的功能，这种方法可以有效地提高步进电机低速转动时的平稳性，其控制波形如图4所示。

为了配合控制单元的细分设计，驱动单元采用了恒流斩波技术，其原理为：把控制波形与电机绕组电流采用波形同时输入脉宽调制电路，产生相应脉宽调制(PWM)信号，最终通过这个PWM信号对驱动芯片的通断时间进行控制，以得到稳定的绕组电流值。