Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 4. С. 89-97
Математическая модель солнечного датчика ориентации на основе фотодиодов
Г.А. Аванесов
1 , Б.С. Жуков
1 , А.В. Никитин
1 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 10.08.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-4-89-97
Основанные на фотодиодах солнечные датчики ориентации широко применяются в космической технике начиная с середины семидесятых годов прошлого века и имеют множество конструктивных воплощений. В настоящей статье приводится описание математической модели солнечного датчика на основе одиночных фотодиодов, расположенных на гранях и верхнем основании трёх-, четырёх- и шестигранных правильных усечённых пирамид. Модель предполагает, что данные от каждого фотодиода оцифровываются и обрабатываются современным микропроцессорным устройством. Модель рассчитывает ключевые параметры прибора по заданному расположению фотодиодов и их характеристикам, а также с учётом оптических элементов, формирующих диаграмму чувствительности и поле зрения каждого из них. К числу таких элементов относятся: защитное стекло перед каждым фотодиодом, его микробленда, апертурная диафрагма и рассеивающее стекло. На основании этих данных рассчитывается создаваемая Солнцем освещённость на фотодиодах при различных углах визирования. Заложенная в модель программа определяет поле зрения прибора, вычисляет углы направления на Солнце, оценивает точность измерения и отображает полученные результаты. В программе рассчитываются следующие величины: углы между направлением на Солнце и осями чувствительности фотодиодов, функция зависимости напряжения на фотодиодах от угла между их осями чувствительности и направлением на Солнце. Полученные значения напряжения с учётом шумов используются для расчёта направляющих косинусов вектора Солнца во внутренней системе координат прибора. В качестве уравнения для расчёта направления на Солнце используется разность между измеренным и вычисленным значением напряжения. Полученная для всей совокупности фотодиодов система уравнений решается методом последовательных приближений по способу наименьших квадратов. Решением системы становятся углы направления на Солнце. Результаты вычислений сравниваются с заданными в программе значениями, что позволяет определить величину ошибки измерения. При наличии текстовых файлов с записью реальных измерений программа может выполнять их обработку и оценивать полученные результаты.
Ключевые слова: Солнце, ориентация, фотодиод, аналоговый сигнал, система координат, бленда, апертурная диафрагма, сигнал/шум, цифровое накопление
Полный текстСписок литературы:
- Аванесов Г. А., Зиман Я. Л., Тарнопольский В. И. и др. Телевизионная съемка кометы Галлея / отв. ред. Р. З. Сагдеев. М.: Наука, 1989. 295 с.
- Аванесов Г. А., Никитин А. В., Форш А. А. Оптический солнечный датчик // Изв. высш. учеб. заведений. Приборостроение. 2003. Т. 46. № 4. С. 70–73.
- Аванесов Г. А., Зиман Я. Л., Зарецкая Е. В., Куделин М. И., Никитин А. В., Форш А. А. Оптический солнечный датчик. Особенности конструкции и испытательного оборудования // Всерос. научно-техн. конф. «Современные проблемы ориентации и навигации космических аппаратов»: сб. тр. Таруса, 22–25 сент. 2008. М.: ИКИ РАН, 2009. С. 78–89.