[发明专利]基于太阳光入射角的球极投影法确定太阳矢量的方法

说明书

本发明公开了基于太阳光入射角的球极投影法确定太阳矢量的方法，属于计算、推算或计数的技术领域。本发明基于太阳光的入射角进行求解，通过太阳光照射至电池片后电池片产生的模拟电流信息确定太阳光垂直入射太阳电池片时的入射角。以电池片中心为原点形成的一个锥面与单位球面相交形成球面圆。通过球极投影法将球面圆映射至赤道圆所在平面上，三片非共面电池片投影所成的三个平面圆相交于三点。将三点进行连线构成交点三角形，通过三边内心平面定位算法可以确定三角形内心的坐标，并将多组形成的内心构成多边形顶点，其质心近似为太阳矢量映射点。有效提高太阳矢量高度角和方位角的解算精度。

技术领域

本发明公开了基于太阳光入射角的球极投影法确定太阳矢量的方法，涉及微小卫星的姿态确定技术，属于计算、推算或计数的技术领域。

背景技术

随着航天技术的迅猛发展，微小卫星在卫星平台技术上取得了较大突破。微小卫星的性能也得到了大幅提升，能够胜任传统大卫星执行的对地成像、应急通信、深空探测、各类空间科学试验等空间任务，并取得了较好的社会效益，受到了各国航天机构和高等院校的重视。微小卫星灵活、机动、快速的优点使其在太空领域有着广泛的应用，而姿态确定是微小卫星执行任务的首要前提之一，因此，姿态确定对微小卫星执行任务起着至关重要的作用。太阳敏感器是航天领域应用最广泛的卫星姿态确定敏感器，其为姿态和轨道确定提供了重要信息，几乎所有微小卫星上都配备有太阳敏感器。太阳电池片能够对微小卫星提供电能，实现了功能复用，符合现代卫星小型化、轻量化的发展趋势。目前，众多微小卫星采取复用电池片作为太阳敏感元器件，根据对于不同太阳电池片的不同太阳入射角度，每一片太阳电池片的输出电流大小也不同，通过检测电池片电流信息设计了太阳矢量方向的确定算法，该方法依赖于电池片电流检测结果，准确率受器件敏感性影响，因此，复用电池片难以满足太阳敏感器空间作业的精度要求和可靠性要求。为克服复用电池片的缺陷，本申请旨在通过仿昆虫复眼结构的电池片组并利用球极投影法的保角性提高太阳矢量的确定精度。

本发明通过基于太阳光入射角的球极投影法确定太阳矢量，球极投影是一种天文学数学方法，常用于地图绘制，将地球的地理信息转换到平面内，其具有保角性和保圆性，能够将单位球面转化为以赤道圆心为投影中心的投影平面。采用球极投影法对太阳矢量进行求解可以大幅度降低太阳矢量确定算法的计算量，并能够高精度解算出太阳矢量的高度角及方向角数值。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了基于太阳光入射角的球极投影法确定太阳矢量的方法，从而更高精度、更低功耗、低计算量地解算出太阳矢量方向大小。采用仿复眼单组六片式电池组构型，并在原背景技术上加以改进，实现了更精准的太阳矢量方向定位，解决了原球极投影法确定太阳矢量算法精度不够高的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

基于太阳光入射角的球极投影法确定太阳矢量算法，包括以下七个步骤。

1)设置太阳矢量标准值

根据天文学可知，太阳矢量高度角范围为0°<Bs<90°,太阳矢量方位角范围为0°<Ts<90°。仿真模拟中，为减少计算量增加所带来的功耗增加，将太阳矢量的高度角及方位角范围缩减至0°＜θ＜60°。通过设置太阳矢量高度角及方位角标准值，从而得到太阳矢量标准值对应的空间坐标。

已知(X,Y,Z)为空间中太阳矢量标准值对应坐标，设太阳矢量高度角标准值为B_s，太阳矢量方位角标准值为T_s，太阳矢量标准值对应的空间坐标的计算公式如下：

2)组合太阳电池片序列