PSD（位置敏感探测器）太阳敏感器作为微小卫星姿态控制系统的核心部件，其测量精度直接决定卫星在轨姿态控制的稳定性。为PSD 太阳敏感器性能是否满足设计指标 ——120° 圆锥形视场、入射角精度 <0.5°、方位角精度 < 1°。本文基于紫创测控luminbox太阳光模拟器搭建测试系统，通过模拟太空太阳辐照环境，对敏感器的入射角和方位角测量精度进行系统性测试，为后续标定优化提供可靠数据支撑。

一、测试系统组成

太阳敏感器测试系统示意图

PSD太阳敏感器的测试系统主要包括太阳光模拟器、双轴电动转台、步进电机控制器、电控升降台、手动平移台、固定高度平板、直流电源、PC机、USB-I2C适配器等设备。太阳光模拟器是该系统的核心光源，采用氙灯配合光学滤光片，能够模拟AM0标准的太阳光谱，输出稳定的1370 W/m²辐照强度，符合国际IEC60904和ASTM E927标准。其光强输出稳定、光照均匀，确保测试结果的可重复性与可靠性。

二、测试原理

PSD太阳敏感器原理框图

通过步进电机控制器驱动双轴电动转台绕 x、y 轴按预设步长旋转，模拟不同姿态下太阳入射角与方位角的理论值。太阳光模拟器发出平行光束照射太阳敏感器，PSD 光电探测器将太阳光斑位置转换为四路电流信号，经放大、滤波及模数转换后输出电压值。根据电压信号计算光斑重心位置，进而推导太阳入射角与方位角实际测量值，对比理论值与测量值的偏差，实现敏感器精度验证。

三、测试流程详解

1. 设备校准与安装：调节电控升降台，使太阳光模拟器光束中心轴线与双轴电动转台中心轴线重合，保证入射光线垂直于转台台面；将 PSD 太阳敏感器通过转接板固定在转台台面中心，确保安装牢固无松动。

2. 太阳光模拟器预热：打开太阳光模拟器，预热 0.5 小时，待输出功率稳定后，用光功率计确认辐照强度维持在 1370W/m²（AM0 标准）左右。

3. 姿态测试点设置：考虑太阳敏感器视场FOV为 120° 圆锥形视场，设定转台旋转步长为 3°。转台绕 x 轴从 - 60° 旋转至 + 60°，每旋转一个角度点，y 轴同步从 - 60° 旋转至 + 60°（或反向旋转），，共采集2000组数据。，转台旋转角度可直接换算为入射角与方位角理论值。

4. 数据读取与计算：读取各测试点太阳敏感器的四路输出电压并取平均值，计算出各姿态测试点方位角、入射角的测量值；

6. 误差分析：将计算出的测量值、与转台姿态测试点方位角、入射角的理论值相比较，计算出太阳敏感器在各姿态测试点入射角的测试误差；

7. 精度验证：绘制误差随入射角变化的散点图，计算误差平均值与标准差，判断太阳敏感器测量精度是否满足设计要求。

四、测试结果的应用

太阳敏感器标定及优化流程图

通过该测试系统获得的实验数据，可用于太阳敏感器的误差建模、标定和优化。在研究中，基于这些数据可开展零点标定、三次曲面拟合以及深度神经网络优化，最终能使太阳敏感器的入射角精度达到0.5°以内（3σ），方位角精度达到1°以内（3σ），显著提升传感器的实际性能。

综上，本测试基于太阳光模拟器构建标准化测试系统，精准复现太空太阳辐照环境，通过多姿态、大样本测试，有效验证了微小卫星PSD 太阳敏感器的性能。测试数据为零点标定、三次曲面拟合及深度神经网络优化提供了可靠支撑，助力PSD 太阳敏感器达成设计精度指标。

Luminbox全光谱准直型太阳光模拟器

紫创测控Luminbox全光谱准直型太阳光模拟器可为PSD 太阳敏感器提供高精度测试与性能验证，能精准模拟自然光环境，支持光谱/ 亮度 / 色温调控。

全光谱覆盖：350nm-1100nm 光谱，贴近自然光权重

高动态亮度：2 米处 20,000-150,000Lux，满足HUD 亮度响应测试

强光抗扰验证：直射模拟复现图像模糊/ 重影问题场景

多场景适应：支持日间/ 夜间 / 隧道等光照动态切换测试

紫创测控Luminbox全光谱准直型太阳光模拟器以精密光学的工程化应用，可有效缩短从基础研究到工业验证的周期，为小型卫星搭载的太阳敏感器测试提供可靠的“人工太阳”。将实验室级创新转化为产业化能力，助力航空航天、汽车等领域的技术革新。