[发明专利]无线自供电数字太阳敏感器

说明书

技术领域

本发明涉及航天技术领域，特别涉及一种无线自供电数字太阳敏感器。

背景技术

太阳敏感器是一种光学姿态敏感器，以太阳作为观测对象，且与卫星平台存在连接，能够根据太阳的入射光线测量太阳的矢量位置，并通过对太阳矢量位置的测量，太阳敏感器可以提供两轴太阳角的信息，从而可以确定预设卫星在本体坐标系中的方位，即卫星的姿态。

近年来，卫星逐渐向小型化、微型化发展，这对太阳敏感器提出了更高的要求，需要太阳能敏感器体积小、质量轻和功耗低。

相关技术中，采用模拟式太阳敏感器，虽然其功耗低，易于实现系统自供电性能，但由于模拟式感光器件的限制，其精度低、易受干扰。相较于模拟式感光器件的太阳敏感器，基于CCD(Charge-coupled Device，电耦合元件)/CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)器件的数字式太阳敏感器通过计算成像表面太阳光斑的质心位置变化，实现太阳入射角的计算，虽然其测量精度更高和可靠性更好，能准确得到卫星的姿态，但其在体积、质量和功耗上无法完全实现系统的自主性和小型化。造成数字太阳敏感器功耗高、体积大的主要原因是数字式图像探测器的功耗高，而且需要配置外围功能电路以实现图像探测器的控制和数据输出，这也进一步增大了系统功耗和体积，增加了数字太阳敏感器小型化和自供电实现的难度。而如果单纯采用低分辨率的图像探测器来减少系统功耗，则会大大降低数字太阳敏感器的测量精度。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

有鉴于此，本发明需要提供一种无线自供电数字太阳敏感器，其小型化和自主模块化程度高，使用灵活和方便，能够无线通信，并能自行供电，且能够提高两轴太阳角的测量计算精度。

根据本发明的一个实施例，提出了一种无线自供电数字太阳敏感器，包括：电源模块，用于为所述无线自供数字太阳敏感器供电；MEMS光线引入器，所述MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)光线引入器包括至少一组非对称小孔图案,所述至少一组非对称小孔图案在水平和竖直方向上的间距相等，等于预设特征距离；CMOS图像探测器，所述CMOS图像探测器位于所述MEMS光线引入器的下方，用于对所述MEMS光线引入器引入的光线进行探测,并输出探测器敏感单元的行列光强信息，其中，所述行列光强信息为光斑数据；电子学系统,用于对所述电源模块提供的能量进行管理，并根据所述行列光强信息计算两轴太阳角,以及将所述两轴太阳角输出给上位机。

根据本发明的一个实施例，所述电源模块包括太阳能电池，所述太阳能电池是并联设置的两个GaAs太阳能电池片。

根据本发明的一个实施例，所述的无线自供电数字太阳敏感器，还包括：机械壳体，其中，所述MEMS光线引入器、CMOS图像探测器和电子学系统设置在所述机械壳体内，所述机械壳体包括壳体、光线引入器压板和底盖。

根据本发明的一个实施例，所述非对称小孔图案为多组，且每一组所述非对称小孔图案均为方形，所述任意一组所述非对称小孔图案按照对角线方向排列，且在水平和竖直方向上的间距等于所述预设特征距离，每对所述非对称小孔图案的预设特征距离互不相同，且间隔预设安全距离。

根据本发明的一个实施例，所述行列光强信息为256个行方向数据和256个列方向数据，以便所述电子学系统推出图像探测器上成像光斑的质心坐标。

根据本发明的一个实施例，所述电子学系统包括：能量管理模块,用于对所述电源模块提供的能量进行管理；数据处理模块，用于根据所述行列光强信息计算两轴太阳角；无线通讯模块，用于将所述两轴太阳角以无线的方式传输给上位机。

根据本发明的一个实施例，所述数据处理模块通过如下公式计算所述两轴太阳角，所述公式为：

其中，h为所述CMOS图像探测器所在平面xoy与所述MEMS光线引入器所在平面XOY的距离，(x_i,y_i)为入射光线在所述CMOS图像探测器上成像点在xoy平面上的坐标，为光线垂直于所述XOY平面入射时在xoy平面获得的成像点的坐标，α为所述入射光线在XOZ平面投影分量与OZ轴的夹角，β为所述入射光线在YOZ平面投影分量与OZ轴的夹角，其中，所述OZ轴垂直于所述平面xoy和XOY。

根据本发明的一个实施例，所述能量管理模块通过直流电压变换电路为所述无线自供电数字太阳敏感器提供稳定电压。