微纳卫星高精度模拟太阳敏感器设计与开发(2)
CubeSat体积小，重量轻，功耗低，调试相对大卫星简单，并且能够实现大卫星的所有基本功能，研发成本最低只需几十万，仅相当于大卫星研发成本的百分之一，对于一般高校来说都能承受，能够使得高校参与卫星的设计和研究，充分利用高校的学术研究环境和高校的人才资源，一个CubeSat从资金到位到发射升空仅需要约两年时间[5]。CubeSat的主要用途有：科学探索、星间或星地通信、卫星组网、技术在轨演示验证等。CubeSat的特点是：（a）通用的立方星标准；（b）通常运行于低轨道，配备商用元器件；（c）成本低、研制周期短；（d）可搭载小型载荷；（e）可根据需要改变卫星单元数目；（f）搭载和分离方式灵活[6]。
图1.1 一单元微纳卫星
1.2 太阳敏感器原理及发展现状
1.3 研究目的及意义
近12年来，每年有大约10颗微纳卫星升空，总数已经超过100颗，但是它的发射成功率仅有68%左右，最终能完成预定要求的只占发射总数的33%[13]，这说明微纳卫星的研发还具有一些不足，具有很大的发展和提升空间。南京理工大学于2012年参与了国际上的QB50项目（该项目旨在通过50颗卫星来完成对低热层大气的多点在轨测量任务），自己研发设计卫星各个系统，目前已经获得了较大的进展。
太阳敏感器相对于其他姿态敏感器来说，具有成本低、适用范围广等优点，经过十几年的不断改进，太阳敏感器的技术得到了完善，在航天器上得到普遍使用。本文通过查阅当前世界太阳敏感器的发展现状，并进行分析比较，提出了模拟式太阳敏感器外壳和电路部分研发的思路和方法，设计出一款四象限差动式模拟太阳敏感器，为南理工立方星教研室的卫星姿态控制系统和后期的集成拓展迈出了探索性的一步。
1.4 主要研究内容
由于立方星设计要求做到体积小，功耗低，所以要求上面搭载的姿态控制系统的功耗和体积应该能满足实际应用要求，因而搭载的太阳敏感器要求尽可能做到体积小，功耗低，本文通过查阅相关文献资料，旨在开发一种四象限差动式模拟太阳敏感器，对文章的具体安排规划如下：
第一章主要概括国内外立方星的历史，提出本文的课题研究背景，总结当前太敏的研究现状，说明本文的主要研究内容；
第二章介绍了模拟式太阳敏感器的工作方式，设计了遮光罩并选择了通光孔的形状，同时分析了硅电池片的伏安特性，设计出流压转换放大电路，检测了设计出的太阳敏感器的性能；
第三章针对机械加工和电路系统两个方面提出了可能存在的误差，给出了理论补偿方法，从而减少误差，以提高系统的精度；
第四章阐述了太阳敏感器的标定原理和标定方法,利用最小二乘法进行曲线拟合，解释了最小二乘法的原理;
2 差动式模拟太阳敏感器
2.1 模拟式太阳敏感器原理分析
模拟式太阳敏感器的输出值为电压，利用的是硅电池片的光生电流和光照强度成线性关系：
（2-1）
式中, 是光灵敏度，代表平行光垂直照射在硅电池片的单位面积上产生的电流值。常用的模拟式太阳敏感器有两种，分别为余弦式太阳敏感器和差动式太阳敏感器，图2.1是单片硅太阳能电池片的余弦式太阳敏感器， 为单位向量，垂直于电池平面，和平行入射的太阳光的夹角是
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