[发明专利]数字式太阳敏感器光线引入器及其框架结构件和安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及空间光学姿态敏感器的光机系统研制领域，具体地，涉及一种数字式太阳敏感器光线引入器及其框架结构件和安装方法。

背景技术

数字式太阳敏感器是通过测量太阳光线矢量相对于敏感器光轴的矢量方位，再经过姿态转换矩阵换算，得到太阳光线矢量和卫星等空间飞行器本体体轴之间的夹角，完成空间飞行器平台相对于太阳光线矢量、地球惯性坐标系的两轴姿态。

作为空间飞行器姿态、轨道控制系统中一种重要的姿态敏感器，数字式太阳敏感器在通信、遥感、科学技术试验等众多领域有广泛的应用：

数字式太阳敏感器可为空间飞行器在给定视场内进行太阳有无的判断，也可用来为其它光学敏感器（如星敏感器、紫外敏感器、红外地球敏感器等）的视场提供监护，可对星敏感器、红外地平仪的太阳入射光线进行保护控制。它还能用于太阳望远镜一类的有效载荷与太阳帆板的精确定向控制，并产生开关和时标信号，确定空间飞行器在自旋过程中的相位基准，测定飞行器的自旋转速和角度等姿态数据。

作为数字式太阳敏感器的光学传导部件，光线引入器对空间太阳光线矢量进行收集，通过其中滤光片的滤光孔进行小孔成像，形成符合要求的目标太阳光斑，成像在光电探测器的光敏面上。太阳光线矢量在探测器光敏面上所成光斑图像的图像质量(光斑大小、光谱分布特性、光斑边沿圆度、灰度均匀性)主要取决于光线引入器的光学、结构特性及探测器的光电转换特性。

对于数字式太阳敏感器来说，当确定了光电探测器的型号后，则目标太阳光斑的图像质量会受到如下因素：光线引入器的光阑口径，滤光片透过率，滤光孔大小及边缘平整度，滤光片光学工作面与探测器光敏面之间的距离、平行度等光机指标的直接、显著影响。

数字式太阳敏感器都是针对固定轨道飞行器任务的设计，其光、机、电设计参数都采用固定值，然后通过标定算法进行校正。

对于数字式光电敏感器类测量仪器来说，其测量时的误差来源包括以下几个方面：光学系统的设计、装配误差；光学系统和面阵探测器所组成光电探头内部的装调误差；光学系统在实际成像过程中的光学畸变所导致的太阳光斑形状、强度分布误差；光电探头与敏感器整机结构的安装基准面之间的装调误差；数字太敏后端硬件电路系统噪声引起的误差，主要是数字太敏内部电路系统的暗电流噪声；数字太敏后台处理电路针对面阵探测器光敏面上的光学图像所使用处理算法、软件对误差的修正能力。

对于传统数字式太阳敏感器来说，上述误差源都比较大，导致已有产品的测量精度都不高。而且，传统数字式太阳敏感器的光线引入器一般是利用两片狭缝式光学滤光片和线阵探测器，或两片滤光片和面阵型探测器，通过机械结构件，进行光机装调而成，而对光学工作面和探测器光敏面之间的平行度不做具体要求，导致测量时的初始偏移误差比较大。另一方面，由于一般的线阵或面阵型光电探测器的光敏面上方，会有一块密封防护用的宝石光学保护窗口(Glass Window)，在光敏面与宝石光学保护窗口的中间密封着空气、氮气或其它惰性气体，用于实现对探测器光敏面的热学保护和压差隔离。在数字太阳敏感器的工作过程中，该宝石保护盖会对太阳光线形成折射，导致光敏面中的目标光斑出现偏移，光斑质心定位不准，从而形成较大的角度测量误差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高集成度、轻小型、高精度、杂散光保护角大数字式太阳敏感器所使用的高性能光线引入器框架结构件。

根据本发明的一方面，提供一种用于数字式太阳敏感器光线引入器的框架结构件，该结构件包括：

框架结构件的正面：是用于安装光学保护窗口的正面台阶，该正面为光学保护窗口安装台阶，由扇面型导流槽、轮辐型分布的承载端面及导流孔组成，其中使用三厢扇面型承载端面作为光学保护窗口的接触承载面，反面三厢辐射对称分布的导流孔用于注入光学结构胶，导流槽用于储存光学结构胶，光学结构胶固化后在滤光片和框架结构件之间形成强度适中、分布均匀的粘结力，以保证光学保护窗口的位置精度和安装强度；

框架结构件的反面：该反面是安装APS探测器的承载面，在光学保护窗口下表面和APS探测器光敏面之间，处于光敏面光敏区域立体视场内的所有反射面，均设有致密的消光纹，喷涂了APS探测器敏感波段内平均消光率>96%的消光涂层。