Departamento de Ingenier´ıa Electro´nica Escuela Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla Nuevas estructuras de microsensores solares de alta precisio´n para el control de actitud de sate´lites Francisco Jose´ Delgado Sesen˜a Tesis doctoral Nuevas estructuras de microsensores solares de alta precisio´n para el control de actitud de sate´lites Francisco Jose´ Delgado Sesen˜a IngenierodeTelecomunicacio´nporlaUniversidaddeSevilla Presentadaenla Escuela Superior de Ingenieros dela Universidad de Sevilla paralaobtencio´ndel T´ıtulo de Doctor Ingeniero de Telecomunicacio´n Autor Francisco Jose´ Delgado Sesen˜a Directores Dr. Jose´ Manuel Quero Reboul Dr. Juan de la Cruz Garc´ıa Ortega Sevilla,Abrilde2013 New structures of high-precision sun microsensors for satellite attitude control by Francisco Jose´ Delgado Sesen˜a Dissertationpresented inpartialfulfillmentoftherequirementsforthe degreeof Doctor in Philosophy in Telecommunications Engineering by Universidad de Sevilla Directors Professor Jose´ Manuel Quero Reboul, PhD. Professor Juan de la Cruz Garc´ıa Ortega, PhD. April,2013 7 DedicadaaGuada 8 ´ Indice general AGRADECIMIENTOS 23 RESUMEN 25 ABSTRACT 27 ACRO´NIMOS Y ABREVIATURAS 29 S´IMBOLOS Y UNIDADES. CONSTANTES F´ISICAS 31 1 INTRODUCCIO´N Y OBJETIVOS 33 1.1 Introduccio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 1.2 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2 ESTADO DEL ARTE 39 2.1 Introduccio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.2 Estructuratriangular1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.3 SemiesferaCIGS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.4 Estructuratriangular2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.5 4cuadrantes1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.6 4cuadrantes2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.7 4cuadrantes3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.8 Sensorcodificado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.9 Sensoresdigitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.10 GrupodeMicrosistemasdelaUS . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.11 Conclusionesdelcap´ıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 9 10 I´NDICEGENERAL 3 SENSOR MULTICELDA 65 3.1 Introduccio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.2 Disen˜o,modeladoysimulacio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.3 Fabricacio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 3.4 Resultadosexperimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 3.5 Ana´lisisderesultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 3.6 Conclusionesdelcap´ıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 4 SENSOSOL 101 4.1 Introduccio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.2 Sensor µFineSunSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 4.3 4-QuadrantSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 4.4 Prototipofinal1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 4.5 Prototipofinal2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 4.6 Conclusionesdelcap´ıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 5 SAISOL: SENSOR INTEGRADO 153 5.1 Introduccio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 5.2 Caracterizacio´ndelatecnolog´ıaCMOS . . . . . . . . . . . . 155 5.3 Disen˜ointegrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 5.4 Resultadosexperimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 5.5 Trabajosfuturos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 5.6 Conclusionesdelcap´ıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 5.7 Comparativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 6 SISTEMA DE CALIBRACIO´N 197 6.1 Introduccio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 6.2 Calibrador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 6.3 Modeladomatema´tico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 6.4 Procesodecaracterizacio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 6.5 Conclusionesdelcap´ıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 7 CONCLUSIONES 227 7.1 SensorMulticelda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 7.2 SENSOSOL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 7.3 SAISOL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 7.4 Sistemadecalibracio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 7.5 L´ıneasabiertasytrabajosfuturosdeinvestigacio´n . . . . . . 232