[發(fā)明專利]無(wú)線自供電數(shù)字太陽(yáng)敏感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510629603.2
• 申請(qǐng)日: 2015-09-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105091846B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 衛(wèi)旻嵩;邢飛;尤政
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C1/00
• 分類號(hào): G01C1/00
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11201
• 代理人: 張大威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)線自供電數(shù)字太陽(yáng)敏感器。

背景技術(shù)

太陽(yáng)敏感器是一種光學(xué)姿態(tài)敏感器，以太陽(yáng)作為觀測(cè)對(duì)象，且與衛(wèi)星平臺(tái)存在連接，能夠根據(jù)太陽(yáng)的入射光線測(cè)量太陽(yáng)的矢量位置，并通過(guò)對(duì)太陽(yáng)矢量位置的測(cè)量，太陽(yáng)敏感器可以提供兩軸太陽(yáng)角的信息，從而可以確定預(yù)設(shè)衛(wèi)星在本體坐標(biāo)系中的方位，即衛(wèi)星的姿態(tài)。

近年來(lái)，衛(wèi)星逐漸向小型化、微型化發(fā)展，這對(duì)太陽(yáng)敏感器提出了更高的要求，需要太陽(yáng)能敏感器體積小、質(zhì)量輕和功耗低。

相關(guān)技術(shù)中，采用模擬式太陽(yáng)敏感器，雖然其功耗低，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自供電性能，但由于模擬式感光器件的限制，其精度低、易受干擾。相較于模擬式感光器件的太陽(yáng)敏感器，基于CCD(Charge-coupled Device，電耦合元件)/CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)器件的數(shù)字式太陽(yáng)敏感器通過(guò)計(jì)算成像表面太陽(yáng)光斑的質(zhì)心位置變化，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)入射角的計(jì)算，雖然其測(cè)量精度更高和可靠性更好，能準(zhǔn)確得到衛(wèi)星的姿態(tài)，但其在體積、質(zhì)量和功耗上無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自主性和小型化。造成數(shù)字太陽(yáng)敏感器功耗高、體積大的主要原因是數(shù)字式圖像探測(cè)器的功耗高，而且需要配置外圍功能電路以實(shí)現(xiàn)圖像探測(cè)器的控制和數(shù)據(jù)輸出，這也進(jìn)一步增大了系統(tǒng)功耗和體積，增加了數(shù)字太陽(yáng)敏感器小型化和自供電實(shí)現(xiàn)的難度。而如果單純采用低分辨率的圖像探測(cè)器來(lái)減少系統(tǒng)功耗，則會(huì)大大降低數(shù)字太陽(yáng)敏感器的測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。

有鑒于此，本發(fā)明需要提供一種無(wú)線自供電數(shù)字太陽(yáng)敏感器，其小型化和自主模塊化程度高，使用靈活和方便，能夠無(wú)線通信，并能自行供電，且能夠提高兩軸太陽(yáng)角的測(cè)量計(jì)算精度。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提出了一種無(wú)線自供電數(shù)字太陽(yáng)敏感器，包括：電源模塊，用于為所述無(wú)線自供數(shù)字太陽(yáng)敏感器供電；MEMS光線引入器，所述MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微機(jī)電系統(tǒng))光線引入器包括至少一組非對(duì)稱小孔圖案,所述至少一組非對(duì)稱小孔圖案在水平和豎直方向上的間距相等，等于預(yù)設(shè)特征距離；CMOS圖像探測(cè)器，所述CMOS圖像探測(cè)器位于所述MEMS光線引入器的下方，用于對(duì)所述MEMS光線引入器引入的光線進(jìn)行探測(cè),并輸出探測(cè)器敏感單元的行列光強(qiáng)信息，其中，所述行列光強(qiáng)信息為光斑數(shù)據(jù)；電子學(xué)系統(tǒng),用于對(duì)所述電源模塊提供的能量進(jìn)行管理，并根據(jù)所述行列光強(qiáng)信息計(jì)算兩軸太陽(yáng)角,以及將所述兩軸太陽(yáng)角輸出給上位機(jī)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述電源模塊包括太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池是并聯(lián)設(shè)置的兩個(gè)GaAs太陽(yáng)能電池片。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述的無(wú)線自供電數(shù)字太陽(yáng)敏感器，還包括：機(jī)械殼體，其中，所述MEMS光線引入器、CMOS圖像探測(cè)器和電子學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在所述機(jī)械殼體內(nèi)，所述機(jī)械殼體包括殼體、光線引入器壓板和底蓋。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述非對(duì)稱小孔圖案為多組，且每一組所述非對(duì)稱小孔圖案均為方形，所述任意一組所述非對(duì)稱小孔圖案按照對(duì)角線方向排列，且在水平和豎直方向上的間距等于所述預(yù)設(shè)特征距離，每對(duì)所述非對(duì)稱小孔圖案的預(yù)設(shè)特征距離互不相同，且間隔預(yù)設(shè)安全距離。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述行列光強(qiáng)信息為256個(gè)行方向數(shù)據(jù)和256個(gè)列方向數(shù)據(jù)，以便所述電子學(xué)系統(tǒng)推出圖像探測(cè)器上成像光斑的質(zhì)心坐標(biāo)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述電子學(xué)系統(tǒng)包括：能量管理模塊,用于對(duì)所述電源模塊提供的能量進(jìn)行管理；數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)所述行列光強(qiáng)信息計(jì)算兩軸太陽(yáng)角；無(wú)線通訊模塊，用于將所述兩軸太陽(yáng)角以無(wú)線的方式傳輸給上位機(jī)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)如下公式計(jì)算所述兩軸太陽(yáng)角，所述公式為：

其中，h為所述CMOS圖像探測(cè)器所在平面xoy與所述MEMS光線引入器所在平面XOY的距離，(x_i,y_i)為入射光線在所述CMOS圖像探測(cè)器上成像點(diǎn)在xoy平面上的坐標(biāo)，為光線垂直于所述XOY平面入射時(shí)在xoy平面獲得的成像點(diǎn)的坐標(biāo)，α為所述入射光線在XOZ平面投影分量與OZ軸的夾角，β為所述入射光線在YOZ平面投影分量與OZ軸的夾角，其中，所述OZ軸垂直于所述平面xoy和XOY。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述能量管理模塊通過(guò)直流電壓變換電路為所述無(wú)線自供電數(shù)字太陽(yáng)敏感器提供穩(wěn)定電壓。