طراحی، پیاده‌سازی و اعتبارسنجی آزمایشگاه تست و کالیبراسیون حسگرهای خورشیدی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار / مجتمع دانشگاهی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر

2 محقق / مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر

چکیده

این مقاله به ارائة طرح، پیاده­سازی و اعتبارسنجی آزمایشگاه تست و کالیبراسیون حسگر خورشیدی می‌پردازد. در این آزمایشگاه مشخصه‌های توان، طیف، یکنواختی، زاویة ظاهری و توازی پرتوهای خورشیدی، همچنین حرکات وضعی حسگر خورشیدی نسبت به خورشید با دقت بالایی شبیه‌سازی می‌شوند و بدین‌وسیله امکان تست و کالیبراسیون حسگر خورشیدی در مانورهای مختلف وضعیت فراهم می‌آید. تأمین این امکان مستلزم کالیبره‌کردن میز سه درجه آزادی شبیه­ساز حرکات وضعی و شبیه‌ساز خورشیدی نسبت به یکدیگر است که با موازی شدن پرتوهای خورشید و محور اپتیکی حسگر خورشیدی؛ یعنی بردار نرمال سطح آن فراهم می­شود. این مقاله علاوه بر ارائة طرح آزمایشگاه و ملاحظات راه‌اندازی آن، به طراحی و تشریح تست‌هایی که برای ارزیابی مشخصه‌های اصلی شبیه‌ساز، به‌ویژه توازی پرتوهای تولید شده و هم‌محور بودن پرتو خورشیدی و محور حسگر انجام گرفته است، می‌پردازد و برای تکمیل این روند یک حسگر خورشیدی مرجع کالیبره شده را در یک مانور وضعیت مورد ارزیابی قرار می‌دهد. نتایج حاصل نشان‌دهندة دقت کافی شبیه­ساز برای تست و کالیبراسیون حسگرهای خورشیدی آنالوگ است. همچنین شواهد نشان می­دهد این طرح برای ارزیابی حسگرهای خورشیدی دیجیتال نیز از دقت کافی برخوردار است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Designing, implementation and validation of a laboratory for sun sensor test and calibration

نویسندگان [English]

  • S.M. Mehdi Dehghan 1
  • Morad Momeni 2
  • Mohammad Charkhgard 2
1 Faculty of Electrical and Computer Engineering / Malek Ashtar University of Technology
2 Faculty of Aerospace Engineering / Malek Ashtar University of Technology
چکیده [English]

In this paper, designing, implementation and validation of a laboratory for sun sensor test and calibration would be presented. In this laboratory, power, spectrum, uniformity, subtending angle, and the parallelism of the sunbeams and also the angular motion of sun sensor with respect to sun simulator are accurately simulated. Using the simulator, test and calibration of sun sensors in different angular maneuvering would be possible. This capability depends on a method for precise calibration of 3DOF motion simulator and sun simulator with respect together. This calibration method is used to make the sunbeams and optical axes of sun sensors, which is perpendicular to the sun sensor surface, parallel and coaxial. In the beginning of the paper, the detailed description and adjustment methods for each of the components of the simulator are presented. Afterwards, an algorithm for making the optical axes of the sun sensor coaxial with the axis of the sun simulator beams will be developed. Furthermore, each of the specifications of the produced beams is compared with the sunbeams specifications using the existent peripheral or some heuristic methods. Finally, a referenced calibrated sun sensor is evaluated in a known angular maneuver by the developed simulator. Comparing the known angular maneuver to the measured angles shows the adequate accuracy of the implemented simulator in order to test and calibration of the analog sun sensor. Considering the specification of the produced beams, it seems that digital sun sensor can also be calibrated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • satellite
  • Attitude Determination
  • Sun simulator
  • Sun sensor
  • Sensor calibration
  • conceptual and detail design
[1] Y. K. Chang, M. Y. Yun, B. H. Lee, A new modeling and validation of two-axis miniature fine sun sensor, Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 134, No. 2, pp. 357-365, 2007.
[2] J. Enright, D. Sinclair, Algorithm enhancements for the SS-411 digital sun sensor, 2007.
[3] I. Shafer, C. Powell, J. Stanton, D. Grieneisen, CubeSat Solar Sensor Final Report, Olin-NASA Research Group, [online], http://ece.olin. edu/nasa/projects/2008/sos/files/SOSReport.Pdf, 2008 (Accessed 12 April 2011).
[4] I. Maqsood, T. Akram, Development of a low cost sun sensor using quadphotodiode, In Position Location and Navigation Symposium (PLANS), 2010 IEEE/ION, pp. 639-644, IEEE, 2010.
[5] G. Rufino, M. Grassi, A. Perrotta, Development and Validation of s Modern CMOS Digital Sun Sensor at UniNa, In Proceedings of the 6th International Conference on Dynamics and Control of Systems and Structures in Space, pp. 427-436, 2004.
[6] A. H. Tavakkoli, M. Yazdanian, Y. Koolivand, M. Shahravi, M. Momeni, S. M. M. Dehghan, Designing and Evaluation of an Experimental Attitude Determination system Using Sun Sensor and Magnetometer, Journal of Spacecraft Science and Technology, Vol. 5, No. 4, pp. 69-78, 1391. (in Persian)
[7] M. Momeni, M. Charkhgard, S.M.M. Dehghan, A. Abdollahi, Designing, Implementation and Installation of Sun Simulator and 3DoF Motion Simulator in order to sun sensor test and calibration, Internal report of Aerospace Research complexity, Malek-Ashtar University of Technology, 1393. (in Persian)
[8] www.Newport.com (accessed dec 20, 2018).
[9] www.labsphere.com (accessed dec 20, 2018).
[10] www.ThorLabs.com (accessed dec 20, 2018).
[11] M. Momeni, M. Charkhgard, Instruction Manual for Installation and Test of Sun Sensor in Dark Room, Internal report of Aerospace Research complexity, Malek-Ashtar University of Technology, 1394. (in Persian)
[12] M. Momeni, M. Charkhgard, Designing and Development of a Sun Sensor and its Calibration Table, 13th Iranian Aerospace Conference, Tehran, 1392. (in Persian)