[发明专利]一种基于光伏微能量收集的太阳敏感器

说明书

技术领域

本发明涉及用于卫星控制分系统的光学姿态敏感器，尤其涉及基于光伏微能量收集的无线传输太阳敏感器。

背景技术

现有的空间环境应用的模拟式太阳敏感器的光敏单元一般采用硅光电池组件，但当采用单基片电池片光刻输出多通道电流信号时，电流为负电流，故采集电路需要配置负电源，增加了电源供给负担，不便于产品集成度提高。而且由于空间环境下温度变化范围大，硅光电池等传统材料光电池组件工作温度范围窄，不能胜任在空间环境大温差下长期稳定工作的要求。

太阳敏感器在空间主要应用于帆板的对日定向，太阳敏感器的电流信号需通过帆板的导电滑环进行传输，而导电滑环的数量有限，过度占用不利于其他设备对导电滑环的利用，采用自供能无线传输太阳敏感器可节省导电滑环资源、同时免去电缆的使用。自供能的特性使得太阳敏感器不再需要卫星能源系统提供电源，使其在微小卫星中具有无功耗负担的优势；无线传输使得不再需求通讯总线，且具有集成度高，重量轻，“即插即用”的特点，在具备快速组装、快速测试、快速替换的快响卫星平台极具竞争力。

现有的光伏自供能太阳敏感器光电转换效率低，其能量采集需要较高的启动电压，且无能量存储单元，使其在大视场，能量输入较低的条件下无法工作，限制了太阳敏感器产品的视场范围。周期的无线通信需要持续的能量供应，而且太阳敏感器在无线接收信号时需要瞬时大能量消耗，现有的光伏自供能太阳敏感器因为没有能量存储单元，当视场角度不佳尤其是当出视场后，无法提供能量使无线通讯模块工作，致使通讯无响应，控制计算机难以确定产品状态，即便在视场内进行短周期交互通讯时，由于瞬时能量消耗等原因亦会产生能量入不敷出的情况，通讯难以维持。此外，由于现有的光伏自供能太阳敏感器光电转换效率低，为满足负载工作而不得不采用大面积的光电池，从而无法满足太阳敏感器的小型化和微型化需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供了一种基于光伏微能量收集的太阳敏感器，能够在大视场、大入射角下启动能量收集工作，实现光伏微能量收集；能够通过单电源提供正电流的输出，降低了电源管理单元的设计难度和器件开销；能够在大温度范围工作，并具备强大的抗辐照能力，能够有效适应空间环境下长期稳定运转；能够在使用单片较小面积的光伏电池启动能量的收集转移工作，实现产品的小型化设计，有效满足了微型化、小型化卫星系统的发展需求；

进一步的，能够实现与卫星平台间的短距离低功耗的无线数据传输，免去对导电滑环和电缆的依赖，有效提高了系统集成度以及满足了快速组装、快速测试和快速替换的卫星平台需求；

进一步的，能够实现光伏电能的存储，有效保证了在低光照或无光照条件下工作状态的保持，并能满足通讯收发时瞬间爆发的能量需求；

进一步的，能够实现收发周期和/或收发模式的调整，有效实现低光照或无光照条件下的通讯保持；

进一步的，能够监视光照出入场的方向、视场内外情况，有效反映出光照出入场及视场内外等位置、状态信息。

本发明包括如下技术方案：

提供一种基于光伏微能量收集的太阳敏感器，包括微能量收集及电源管理单元、太阳敏感器探头和信号采集处理及通讯单元，所述微能量收集及电源管理单元包括微能量收集单元和电源管理单元，所述微能量收集单元包含单片三结砷化镓光电池组件，用以收集光能转化为电能输送给所述电源管理单元，所述电源管理单元利用收集到的能量提供稳定的电源输出，供给所述信号采集处理及通讯单元；

所述太阳敏感器探头包含四象限型单结砷化镓光电池组件和通光掩模板，并通过所述四象限型单结砷化镓光电池组件配合所述通光掩模板实现双轴角度测试，所述通光掩模板位于所述四象限型单结砷化镓光电池组件正上方，且所述通光掩模板所在平面与所述四象限型单结砷化镓光电池组件所在平面平行；所述单片三结砷化镓光电池组件与所述通光掩模板均设置于所述太阳敏感器的外侧表面，且所述单片三结砷化镓光电池组件所在平面与所述通光掩模板所在平面大致处于同一平面；

所述信号采集处理及通讯单元包括信号采集处理单元、通讯单元和PROM程序存储器，所述信号采集处理单元用于从所述PROM程序存储器下载PROM程序、对所述太阳敏感器探头的输入电流进行处理和通过所述通讯单元与卫星平台间进行数据传输。

进一步的，所述通讯单元为无线通讯单元，所述无线通讯单元包括无线通讯收发器和PCB天线，用以实现与卫星平台间的短距离低功耗的无线数据传输。