基于蒙特卡罗法的星载太阳辐照度光谱仪对日指向误差分析

郭旭; 胡春晖; 颜昌翔; 郭永飞; 马泽龙; 胡庆龙

doi:10.37188/OPE.20212903.0474

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基于蒙特卡罗法的星载太阳辐照度光谱仪对日指向误差分析

更新时间：2021-04-09

- 基于蒙特卡罗法的星载太阳辐照度光谱仪对日指向误差分析
- Analysis of sun pointing error of spaceborne solar spectroradiometer based on Monte Carlo method
- 光学精密工程 2021年29卷第3期页码：474-483
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春吉林 130033
  2.中国科学院大学，北京 100049
- 作者简介：
  
  [ "郭　旭（1991-），女，吉林长春人，硕士，助理研究员，2015年于北京航空航天大学获得硕士学位，主要从事航天遥感电子学设计、伺服系统设计等研究工作。E-mail：guoxuhuhu@163.com" ]
  [ "颜昌翔（1973-），男，湖北洪湖人，博士，研究员，2001年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位，主要从事空间光学遥感仪器的光机电一体化技术，多光谱、超光谱空间遥感成像技术、偏振探测技术等方面的研究。E-mail：yancx0128@126.com" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(61805235)
- DOI：10.37188/OPE.20212903.0474
  中图分类号： V447.1;V448.222
- 收稿日期：2020-10-12，
  
  修回日期：2020-11-11，
  
  纸质出版日期：2021-03-15
- 稿件说明：
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郭旭,胡春晖,颜昌翔等.基于蒙特卡罗法的星载太阳辐照度光谱仪对日指向误差分析[J].光学精密工程,2021,29(03):474-483.

GUO Xu,HU Chun-hui,YAN Chang-xiang,et al.Analysis of sun pointing error of spaceborne solar spectroradiometer based on Monte Carlo method[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(03):474-483.
郭旭,胡春晖,颜昌翔等.基于蒙特卡罗法的星载太阳辐照度光谱仪对日指向误差分析[J].光学精密工程,2021,29(03):474-483. DOI： 10.37188/OPE.20212903.0474.

GUO Xu,HU Chun-hui,YAN Chang-xiang,et al.Analysis of sun pointing error of spaceborne solar spectroradiometer based on Monte Carlo method[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(03):474-483. DOI： 10.37188/OPE.20212903.0474.

摘要

为保证光谱仪能够获取到有效太阳光谱数据，要求搭载光谱仪的二维转台能够长时间高精度跟踪太阳，而跟踪太阳的前提是转台实现精准指向，使太阳进入导行镜的有效视场。根据从卫星接收的太阳矢量和姿态数据对安装误差进行修正，计算修正后转台指向的参考值，并确保指向误差小于1°。在转台各个基准立方镜上建立坐标系，采用坐标变换法建立了对日指向的数学模型，通过运动学反解给出转台调整角度与轨道坐标系下太阳矢量的解析关系。然后，结合光谱仪的在轨运动形式，对其工作过程中的主要误差来源进行分析，并在MatLab平台上搭建基于蒙特卡罗法的指向误差模型。仿真结果表明指向误差优于0.35°。最后，在地面开展太阳指向模拟实验，测得春分轨道下指向误差低于0.16°，满足导行镜捕获视场需求。实验结果验证了数学模型的正确性及有效性，同时为光谱仪在轨工作提供了设计参考。

Abstract

To guarantee the efficient operation， that is， capture of solar spectral data， of a solar spectroradiometer， the two-dimensional pointing turntable that carries the spectrometer should precisely track the sun over long periods. Highly precise sun pointing ensures that the sun stays in the effective field of vision of the guide telescope. Specifically， according to the solar vector and positioning data received from the satellite， the assembly error is corrected and the reference data for pointing are calculated after correction， ensuring that the pointing error is less than 1°. To accomplish this， coordinate systems were built into all the hexahedral reference prisms on the turntable. and the mathematical model of sun pointing was implemented using the transformation matrices of the coordinate systems. Further， the relationship between the turntable's angle of adjustment and the solar vector on the orbit coordinate system was derived using inverse kinematics. then the main source of error during operation of the spectrometer was analyzed along with its mode of operation in orbit； from these analyses， the pointing error model was built based on the Monte Carlo method on MATLAB. The model was employed to perform a simulation and analysis of sun pointing. The simulation results demonstrate that the pointing error is less than 0.35°. Finally， the simulationwas performed to obtain the result that the pointing error under the vernal equinox orbit is less than 0.16°， meeting the requirement for the field of view of the guide telescope. The correctness and effectiveness of the mathematical model presented in this paper are validated based on the test results， which simultaneously offer a design reference for the spectrometer.

关键词

Keywords

references

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