微納衛(wèi)星技術(shù)快速發(fā)展，太陽敏感器與磁強計、陀螺儀組成聯(lián)合定姿系統(tǒng)，廣泛用于太陽方位角測量。但傳統(tǒng)產(chǎn)品存在精度不足的問題，現(xiàn)有補償方法存在參數(shù)冗余、誤差源覆蓋不全或流程繁瑣等問題。本文基于紫創(chuàng)測控luminbox的太陽光模擬器搭建標(biāo)定系統(tǒng)，提出多誤差源高精度補償方法，設(shè)計自動化流程，不增成本且適配批量生產(chǎn)，有效提升測量精度。

太陽敏感器的誤差源分析

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響應(yīng)系數(shù)對太陽敏感器精度影響

1.電流測量誤差：測量鏈路含光生電流轉(zhuǎn)換、流壓轉(zhuǎn)換等多環(huán)節(jié)，存在響應(yīng)系數(shù)偏差、系統(tǒng)偏置及噪聲干擾，導(dǎo)致測量信號與實際光生電流不匹配，響應(yīng)系數(shù)偏移越大、太陽入射角絕對值越小，影響越顯著。

2.機械加工與安裝誤差：為主要誤差源，遮光罩加工易使光線引入器偏離正方形，安裝時會出現(xiàn)中心水平偏移和高度偏差，導(dǎo)致光斑投影偏移，嚴(yán)重影響入射角計算精度。

3.忽略遮光罩厚度誤差：遮光罩邊緣厚度不可忽略，雖有斜臺設(shè)計仍有影響，厚度會改變光線入射路徑，導(dǎo)致光斑投影與理想模型有差異，厚度和入射角絕對值越大影響越明顯，還會改變視場角范圍。

高精度誤差補償方法

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誤差補償基于太陽敏感器精確模型，通過標(biāo)定實驗整定參數(shù)。核心流程如下：

針對電流測量誤差，引入比例系數(shù)和系統(tǒng)偏置，矯正模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電壓信號，消除測量鏈路非線性偏差；

依據(jù)矯正后電壓計算x、y 軸系數(shù)，建立與光斑面積比例的對應(yīng)關(guān)系，為入射角解算奠定基礎(chǔ)；

綜合機械加工與安裝誤差、遮光罩厚度等參數(shù)，分工況建立太陽入射角解算公式，全覆蓋誤差源補償，保障不同入射角度下的測量精度。

基于太陽光模擬器的自動化標(biāo)定流程

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1.標(biāo)定系統(tǒng)組成

太陽敏感器標(biāo)定系統(tǒng)

核心設(shè)備包括太陽光模擬器、位置精度±2 角秒的高精度轉(zhuǎn)臺及控制電腦。

2.標(biāo)定參數(shù)

太陽敏感器標(biāo)定系統(tǒng)的框圖

標(biāo)定參數(shù)分為內(nèi)參（比例系數(shù)、系統(tǒng)偏置、遮光罩尺寸及偏移量等）和外參（太陽光模擬器與轉(zhuǎn)臺坐標(biāo)系夾角、敏感器安裝矩陣）。

太陽模擬器參數(shù)要求：

太陽模擬器需符合AM0 輻照標(biāo)準(zhǔn)，提供穩(wěn)定的大氣層外太陽輻照環(huán)境，且光束準(zhǔn)直性良好、光譜與自然太陽匹配、光斑輻照均勻，以此確保硅光電池光電響應(yīng)與在軌工況一致，保障標(biāo)定參數(shù)準(zhǔn)確及測量精度。

3.標(biāo)定流程

固定太陽敏感器并連接線纜，完成設(shè)備調(diào)試；

生成稀疏和稠密的轉(zhuǎn)臺角度序列，覆蓋±40° 視場；

控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，同步采集太陽敏感器輸出的光生電流數(shù)據(jù)；

采用非線性最小二乘法解算標(biāo)定參數(shù)，避免多參數(shù)優(yōu)化不收斂問題；

注入?yún)?shù)并校驗精度，直至滿足要求。

該流程實現(xiàn)全自動化操作，8 小時內(nèi)可完成 10 臺太陽敏感器標(biāo)定，大幅提升批量生產(chǎn)效率。

實驗結(jié)果與分析

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選取10 臺同型號太陽敏感器進行測試，以5° 為步長覆蓋視場，半數(shù)數(shù)據(jù)用于參數(shù)擬合，半數(shù)用于精度評價。

結(jié)果顯示：補償前太陽敏感器平均精度為3.072°(1σ)，采用完整補償方法后，平均精度提升至0.177°(1σ)，波動僅0.025°，穩(wěn)定性優(yōu)異；與現(xiàn)有 0.5°(1σ) 的標(biāo)定精度相比，提升約 3 倍。

誤差源影響排序：機械加工與安裝誤差＞忽略遮光罩厚度誤差＞電流測量誤差，驗證了補償方法對核心誤差的有效抑制。

綜上，本文提出的基于太陽光模擬器的高精度補償標(biāo)定方法，通過全面覆蓋三類誤差源的補償模型和自動化標(biāo)定流程，顯著提升了太陽敏感器的測量精度和標(biāo)定效率。實驗證明，該方法補償后精度達0.177°(1σ)，且適配大批量生產(chǎn)，為微納衛(wèi)星中等精度定姿提供有效解決方案。

Luminbox全光譜準(zhǔn)直型太陽光模擬器

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紫創(chuàng)測控Luminbox全光譜準(zhǔn)直型太陽光模擬器可為太陽敏感器提供高精度測試與性能驗證，能精準(zhǔn)模擬自然光環(huán)境，支持光譜/ 亮度 / 色溫調(diào)控。

全光譜覆蓋：350nm-1100nm光譜，貼近自然光權(quán)重

高動態(tài)亮度：2 米處20,000-150,000Lux，滿足HUD 亮度響應(yīng)測試

強光抗擾驗證：直射模擬復(fù)現(xiàn)圖像模糊/ 重影問題場景

多場景適應(yīng)：支持日間/ 夜間 / 隧道等光照動態(tài)切換測試

紫創(chuàng)測控Luminbox全光譜準(zhǔn)直型太陽光模擬器以精密光學(xué)的工程化應(yīng)用，可有效縮短從基礎(chǔ)研究到工業(yè)驗證的周期，為太陽敏感器測試提供可靠的“人工太陽”。將實驗室級創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)化能力，助力航空航天、汽車等領(lǐng)域的技術(shù)革新。