一种大视场和高灵敏度的太阳边缘检测方法及系统

技术领域

本发明涉及光机电一体化仪器领域，特别涉及一种大视场和高灵敏度的太阳边缘检测方法及系统。

背景技术

太阳是地球能源的主要来源，其变化和演变过程对地球影响极大。因此，对日观测是天文观测重要的组成部分。为了准确、有效的对太阳进行长期、高精度的观测，需要提供精密对日指向信息，保证观测精度，为太阳观测数据提供准确的位置数据。

以往对太阳边缘位置检测方法均采用分立的二级管探测器、CCD探测器或者CMOS探测器；采用分立的二级管探测器，因为单个探测器的体积大，要求对应的光机结构尺寸大，方可保证太阳图像的边缘在探测器的感光面上；采用CCD或者CMOS探测器，因为面阵探测器的像元个数多，致使获得位置信号的频率低；因为探测器像元尺寸小，探测器的动态范围小，致使高灵敏度太阳边缘检测仪所能探测到的位置信息的线性范围小，位置精度不高，响应速度慢。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种大视场和高灵敏度的太阳边缘检测方法，采用光电二级管阵列做探测器，采用多路集成处理芯片，解决分立二级管太阳边缘位置检测仪器体积大、质量重的问题；解决了 CCD或者CMOS焦面角分辨率低、位置信号采集频率低的问题，适合在空间恶劣环境工作，为太阳监测载荷提供快速、准确的太阳边缘位置信息；还提供了一种大视场和高灵敏度的太阳边缘检测系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种大视场和高灵敏度的太阳边缘检测方法，其中，太阳望远镜将太阳光成像在探测器上，再由处于所述探测器内的集成处理芯片进行信号放大处理，再经过信号处理单元处理，得到太阳边缘信息，其中，所述探测器采用光电二极管阵列。

作为本发明的一种改进，在光电二极管阵列的面阵中，每一个光电二极管记录太阳边缘位置，同时输出光电信号。

作为本发明的进一步改进，每一个光电二极管输出的光电信号经过集成处理芯片处理，得到太阳边缘灰度值。

作为本发明的更进一步改进，信号处理单元根据太阳边缘灰度值计算得到太阳边缘和中心位置。

作为本发明的更进一步改进，光电二极管阵列记录太阳边缘位置，从而确定光电二极管阵列中的两对或两对以上的处于太阳边缘位置的不同位置的光电二极管，利用相对应的差分输出信号给出精确的太阳边缘位置。

作为本发明的更进一步改进，太阳边缘位置发生变化，照射到光电二极管上的太阳面积发生变化，产生的光电信号也会发生变化，通过计算互相垂直的X和Y两个方向上的太阳中心位置的变化，得到太阳位置信息。

作为本发明的更进一步改进，采用相对方向的光电二极管采集到的光电信号进行差分处理。

一种大视场和高灵敏度的太阳边缘检测系统，包括：

太阳望远镜，用于太阳光成像在探测器上；

探测器，采用光电二极管阵列；

集成处理芯片，用于信号放大处理；

信号处理单元，用于根据所述集成处理芯片处理的信息计算得到太阳边缘和中心位置。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明由太阳望远镜将太阳光成像在探测器上，再由处于探测器内的集成处理芯片进行信号放大处理，再经过信号处理单元处理，得到太阳边缘信息，探测器采用光电二极管阵列；本发明采用光电二级管阵列做探测器，采用多路集成处理芯片，解决分立二级管太阳边缘位置检测仪器体积大、质量重的问题；解决了CCD或者CMOS焦面角分辨率低、位置信号采集频率低的问题，适合在空间恶劣环境工作，为太阳监测载荷提供快速、准确的太阳边缘位置信息。

附图说明

图1为本发明的光电二极管阵列探测太阳边缘的流程图；

图2为本发明的光电二极管阵列探测太阳边缘示意图；

图3为本发明的光电二极管阵列的面阵探测示意图；

图4为本发明的光电二级管阵列中光电二极管处于太阳边缘检测的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1至图4，本发明的一种大视场和高灵敏度的太阳边缘检测方法，太阳望远镜将太阳光成像在探测器上，再由处于探测器内的集成处理芯片进行信号放大处理，再经过信号处理单元处理，得到太阳边缘信息，其中，探测器采用光电二极管阵列。

在本发明内，由太阳望远镜将太阳光成像在探测器上，再由处于探测器内的集成处理芯片进行信号放大处理，再经过信号处理单元处理，得到太阳边缘信息，探测器采用光电二极管阵列；本发明采用光电二级管阵列做探测器，采用多路集成处理芯片，解决分立二级管太阳边缘位置检测仪器体积大、质量重的问题；解决了CCD或者CMOS焦面角分辨率低、位置信号采集频率低的问题，适合在空间恶劣环境工作，为太阳监测载荷提供快速、准确的太阳边缘位置信息；本发明实现了对太阳的大范围和高精度边缘定位，本发明具有体积小、重量轻、抗干扰能力强和适合空间环境使用的优点，可以广泛应用到航天载荷的对太阳边缘位置探测。

具体地说，太阳光经过太阳望远镜系统，成像在光电二极管阵列上，经过集成处理将信号预放大，减小噪声影响，最后经过信号处理单元得到太阳边缘信息。

在本发明内，太阳光经过太阳望远镜成像到探测器上，在焦面上采用光电二极管阵列记录太阳边缘位置，本发明可以在两种不同的工作模式下工作，且可以互相切换，实现不同的功能。

其一，作为光电二极管面阵工作，每一个光电二极管输出响应可转化为灰度值，整体得到太阳的灰度图像，再由图像计算获得太阳边缘位置，实现对太阳位置的初步定位；具体地说，在光电二极管阵列的面阵中，每一个光电二极管记录太阳边缘位置，同时输出光电信号；每一个光电二极管输出的光电信号经过集成处理芯片处理，得到太阳边缘灰度值，信号处理单元根据太阳边缘灰度值计算得到太阳边缘和中心位置；也可以说，使用光电二极管阵列作为探测器，使用光电集成处理芯片作为光电二极管的处理电路，每一个光电二极管输出的光电信号经过集成处理芯片得到太阳边缘灰度值，计算得到太阳边缘和中心位置；太阳成像在光电二极管阵列的探测器上，可在不同的位置均可获得太阳的图像。

其二，在确定太阳边缘位置后，确定多对覆盖(例如两对、三对等相对的二极管)不同位置的太阳边缘二极管，利用相对应的差分输出信号给出精确的太阳边缘位置，该差分算法可以避免太阳亮度变化和分布变化产生的影响，实现对太阳边缘高精度探测；可以说，光电二极管阵列记录太阳边缘位置，从而确定光电二极管阵列中的两对或两对以上的处于太阳边缘位置的不同位置的光电二极管，利用相对应的差分输出信号给出精确的太阳边缘位置；太阳边缘位置发生变化，照射到光电二极管上的太阳面积发生变化，产生的光电信号也会发生变化，通过计算互相垂直的X和Y两个方向上的太阳中心位置的变化，得到太阳位置信息；采用相对方向的光电二极管采集到的光电信号进行差分处理。

具体地讲，自动优化出多对光电二极管(四个、六个等)，以最少的两对为例，选择四个光电二极管，覆盖太阳边缘区域，具体如图3所示，当太阳边缘位置发生变化时，照射到四个光电二极管上的太阳面积发生变化，产生的光电信号大小变化，通过计算互相垂直的X和Y两个方向上的太阳中心位置的变化，得到太阳位置信息，具体实施采用相对方向的光电二极管采集到的信号做差分处理，消除由于目标亮度变化造成的边缘位置和指向偏差变化，具体计算如公式1-公式6：

α＝k·x(1)

β＝k·y(4)

其中，α、β是入射光相对光轴的角度，k

上述两种方式可以相互切换，保证快速准确的探测到太阳位置，可以多对二极管同时工作，互为备份，提高太阳边缘探测的可靠性；太阳成像在光电二极管阵列的探测器上，在不同的位置均可获得太阳的图像，此时以面阵的模式工作，得到太阳的灰度图像；太阳成像在光电二极管阵列的探测器上，以边缘检测的模式工作，此时可以高精度检测，响应速度快，并且当某个光电二极管出现故障时，可以用相邻二极管取代其工作，例如，图4中四个标记二极管狭缝四个二极管组成新的探测器组，继续工作，能够起到多重备份的作用。

本发明还提供了一种大视场和高灵敏度的太阳边缘检测系统，包括：

太阳望远镜，用于太阳光成像在探测器上；

探测器，采用光电二极管阵列；

集成处理芯片，用于信号放大处理；

信号处理单元，用于根据所述集成处理芯片处理的信息计算得到太阳边缘和中心位置。

本发明采用光电二级管阵列做探测器，采用多路集成处理芯片，解决分立二级管太阳边缘位置检测仪器体积大、质量重的问题；解决了 CCD或者CMOS焦面角分辨率低、位置信号采集频率低的问题，适合在空间恶劣环境工作，为太阳监测载荷提供快速、准确的太阳位置信息，其可在更大的范围内、更短时间内确定太阳边缘位置。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。