太陽感測器

太陽感測器是太空飛行器用於檢測太陽位置的導航儀器太陽感測器用於姿態控制，太陽能陣列指向，陀螺儀更新和故障安全恢復。

除了太空飛行器之外，太陽感測器還可用於地面氣象站和太陽跟蹤系統，以及包括氣球和無人機在內的空中飛行器。

基本介紹

• 中文名：太陽感測器
• 外文名：Sun sensor
• 領域：太空飛行器
• 作用：檢測太陽位置等
• 標準：角度解析度、輸入電壓和功率等
• 套用：天體導航、角度測量等

機制

有各種類型的太陽感測器，其技術和性能特徵不同。 太陽存在感測器提供二進制輸出，指示太陽在感測器的視野範圍內。 相比之下，模擬和數字太陽感測器分別通過連續和離散的信號輸出來表示太陽的角度。

在典型的太陽感測器中，在矩形室頂部的薄狹縫允許一排光線落在腔室底部的光電檢測器單元陣列上。 在這些電池中感應出電壓，這是電子註冊的。 通過將兩個感測器彼此垂直取向，可以完全確定太陽的方向。

通常，多個感測器將共享加工電子產品。

標準

有許多設計和性能標準決定了太陽感測器型號的選擇：

（1）視野；

（2）角度解析度；

（3）準確性和穩定性；

（4）質量和體積；

（5）輸入電壓和功率；

（6）輸出特性（包括電氣特性，更新頻率，非線性和編碼）；

（7）耐久性（包括輻射硬化和耐受振動和熱循環）；

套用

天體導航

天文導航，也稱為天文學，是定位固定的古老科學，使航海家能夠通過空間過渡，而不必依靠估計的計算或推算來了解其位置。天體導航使用“景點”，或在天體（太陽，月亮，行星或星星）和可見的地平線之間拍攝的角度測量。太陽是最常用的，但導航者也可以使用月球，一顆星球，北極星，或其他57個航海星，其坐標在航海年曆和空中曆書中列出。

天體導航是使用天體和可見水平線之間的角度測量（瞄準鏡）來定位人們在地球上，陸地上和海上的位置。在給定的時間，任何天體都直接位於地球表面的一個點上。這一點的緯度和經度被稱為天體的地理位置（GP），其位置可以從那年的“航海年鑑”中的表格中確定。

天體和可見水平線之間的測量角度與天體GP與觀測者的位置之間的距離直接相關。經過一些計算，被稱為視力減小，該測量用於繪製導航圖上的位置線（LOP）或繪製工作表，觀察者的位置位於該行的某處。 （LOP實際上是地球上一個非常大的圓圈，圍繞著觀察到的天體的GP的一小段。觀察者位於地球上這個圓周的任何地方，測量同一天體的角度在地球上方在這個時刻的地平線上，將觀察到身體與地平線上方相同的角度）。兩個天體的景象在圖表上給出兩條這樣的線，與觀察者的位置相交（實際上，兩個圓將導致兩個因為距離估計的位置很遠，可以丟棄一個可以丟棄的景點。大多數導航員將使用三到五顆星的景點，如果它們可用，因為這將導致只有一個共同的交叉點，並最大限度地減少錯誤的機會。這個前提是最常用的天體導航方法的基礎，被稱為“高度攔截法”。

還有其他幾種天體導航方法，它們還將使用六分儀觀測，例如中午視野和更古老的月球距離法提供位置查找。約書亞·斯洛庫姆（Joshua Slocum）在世界首次記錄的單手環遊中使用了月球距離法。與高度截距方法不同，中午視線和月球距離方法不需要準確的時間知識。天體導航的高空攔截方法要求觀察者在觀察天體時就會知道格林威治標準時間（GMT），即每四秒鐘一次，即時間源（通常是計時器或飛機） ，一個準確的“黑客手錶”）是錯誤的，該位置將被關閉大約一個海里。

角度測量

多年來，精確的角度測量發展。一個簡單的方法是將手伸出地平線，伸出手臂。小手指的寬度是伸出臂長度剛剛超過1.5度的角度，可以用於估計太陽從水平面的高度，因此估計到日落之前的時間。需要更準確的測量，導致了許多越來越精確的儀器的開發，包括kamal，astrolabe，octant和六分儀。六分儀和八分圓是最準確的，因為它們測量地平線上的角度，消除了儀器指針放置引起的錯誤，並且因為它們的雙鏡像系統會取消儀器的相對運動，從而顯示出物體和視野的穩定視圖。

導航儀以度數，弧分和弧秒來測量地球上的距離。航海英里定義為1852米，但也是（不小心）沿著地球上的子午線一分鐘的角度。 Sextant可以精確讀取到0.2分鐘以內。所以觀察員的位置可以在理論上確定在0.2英里（約400碼）（370米）內。大多數海洋導航員從一個移動的平台射擊，可以實現1.5英里（2.8公里）的實際準確度，足夠在不明朗的地方安全航行[需要引用]

星追蹤器

星形跟蹤器是使用光電元件或相機測量恆星位置的光學裝置。由於許多恆星的位置已經由天文學家以高精度測量，衛星或太空飛行器上的星形跟蹤器可用於確定太空飛行器相對於星星的方向（或姿態）。為了做到這一點，星際追蹤器必須獲得星星的圖像，測量它們在太空飛行器的參考系中的明顯位置，並且識別星星，使得它們的位置可以與星號目錄中的已知絕對位置進行比較。星際跟蹤器可以包括通過將觀察到的星星的模式與天空中的已知星形圖案進行比較來識別星星的處理器。

星際跟蹤器是早期遠程彈道飛彈的重要組成部分，在慣性導航系統（INS）對洲際範圍不夠準確的時代。選擇指南星座取決於時間，由於地球的旋轉和目標的位置。通常，將使用幾顆亮星的選擇。對於純星跟蹤系統，某種記錄機制（通常為磁帶）預先記錄了一個表示星期在一天中的角度的信號，並在發射時將磁帶轉發到適當的時間。在飛行中，磁帶上的信號用於大致定位望遠鏡，以便它指向恆星的預期位置。在望遠鏡的焦點是光電池和某種信號發生器，通常是稱為斬波器的旋轉盤。斬波器使星星重複出現並消失在光電管上，然後平滑信號以產生交流輸出。將該信號的相位與磁帶上的相位進行比較以產生引導信號。該系統可以通過將其與INS組合來進一步改進，在這種情況下，INS上的附加電路產生參考信號，從而無需分離磁帶[2]這些“恆星慣性”在20世紀50年代至80年代尤其普遍，儘管有些系統使用它。

有許多型號。需要高靈敏度的星形跟蹤器可能被來自太空飛行器反射的陽光或來自太空飛行器推進器的廢氣羽流（太陽光反射或星際跟蹤視窗的污染）混淆。除了各種誤差光源（球面像差，色差等）之外，星形跟蹤器還容易受到各種誤差（低空間頻率，高空間頻率，時間等）的影響。明星識別算法（行星，彗星，超新星，相鄰星星的點擴散函式，其他附近的衛星，地球上大城市的點光源污染的雙峰特徵等）也有許多潛在的混亂來源， ）。共有57顆明亮的導航星。然而，對於更複雜的任務，整個星空資料庫用於確定太空飛行器的方位。用於高保真態度確定的典型明星目錄來自標準基本目錄（例如來自美國海軍天文台），然後過濾以除去有問題的恆星，例如由於明顯的幅度變化性，顏色指數不確定性或位置在赫茲斯普龍 - 羅素圖中表示不可靠。這些類型的明星目錄可以將數千顆恆星存儲在太空飛行器上的記憶體中，或者使用地面站上的工具進行處理，然後上傳。