CN101526350A - 自供电无线模拟太阳角敏感器 - Google Patents

Abstract

自供电无线模拟太阳角敏感器属于航天器姿态测量传感器技术领域，其特征在于，含有太阳角敏感器单元、电源支持单元、无线通信单元。其中太阳角敏感器单元包括前端光学系统、太阳角敏感器、调理电路和外腔体四个部分，电源支持单元包括能源收集器件和电源管理电路两个部分，无线通信单元包括所述调理电路相连以接收太阳角度信息的A/D转换电路和无线通信电路。本发明的实现了自主供电、纯无线化的模拟太阳敏感器，采用二维位置敏感探测器PSD作为太阳角敏感器，精度高，且结构简单，尺寸小，无外部物理连接的电气接口，有利于应用系统的集成设计。

Description

自供电无线模拟太阳角敏感器

技术领域

本发明涉及一种航天器用模拟太阳敏感器，属于航天器姿态测量传感器技术领域。

背景技术

太阳敏感器作为姿态测量系统的一种姿态矢量获取传感器，被广泛的用于各种航天器。随着空间飞行器向微小型化、模块化等方向的发展，灵巧智能化的太阳敏感器的需要越来越迫切。现有的太阳敏感器主要有数字式和模拟式，其中数字式太阳敏感器前端需求复杂的光学系统，而后端的图像运算处理计算复杂，器件功耗、体积都较大，相应的数据量大，在敏感器件和姿态确定系统之间需要较大的通信容量，难以适应微纳型卫星、自由飞行群等空间飞行器的应用。而模拟太阳敏感器对前端的光学系统要求较低，而且不需要复杂的运算处理，相应的功耗和体积较小，可以设计成灵活的结构，更加适合微纳型卫星的需求，并可以为大型卫星提供更为灵活的系统设计方案。

现有的模拟太阳敏感器存在以下不足：

1.对外电气接口(包括电源接口和通信接口)采用有线连接的物理接口，其灵活性受到极大的约束，不利于系统设计。

2.对外部电源的性能要求较高。

3.模拟太阳敏感器作为姿态测量传感器之一，配置和接口都在设计阶段被固化，很难做到自主、灵活，特别是即插即用的需求。

4.采用光电电池作为太阳角的探测敏感器，其性能受到光强的影响较大，因而精度低。

发明内容

本发明的目的是解决现有模拟太阳敏不能完全无线化、自主和灵活性差的问题。

本发明自供电无线模拟太阳角敏感器，其特征在于，含有：太阳角敏感器单元、电源支持单元以及无线通信单元，其中：

太阳角敏感单元，含有：外腔体、前端光学系统、太阳角敏感器和调理电路，其中：

外腔体，以所述外腔体的重心O为原点建立一个笛卡尔坐标系，以平行于水平面方向为X轴，垂直于水平面的方向为Y轴，垂直于平面XOY的方向为Z轴，

光孔，开在所述外腔体表面的中心位置，且其中心位于所述轴Z轴上，起前端光学系统的作用，

太阳角敏感器采用二维位置敏感探测器PSD，所述二维位置敏感探测器位于所述XOY平面上，且该二维位置敏感探测器的中心与所述外腔体重心O重合，电极X₁位于-X轴上，电极X₂位于+X轴上，电极Y₁位于-Y轴上，电极Y₂位于+Y轴上，太阳光通过所述作为前端光学系统的光孔在所述太阳角敏感器表面上形成光斑，该光斑的位置将随着不同的太阳光入射角而改变，该光斑的质心坐标为(x，y)，其中：

$x=\frac{\mathrm{Lx}}{2}*\frac{(I_{x2}-I_{x1})}{(I_{x2}+I_{x1})},$

$y=\frac{\mathrm{Ly}}{2}*\frac{(I_{y2}-I_{y1})}{(I_{y2}+I_{y1})},$

其中：I_x1、I_x2分别为所述X轴向两电极X₁、X₂的输出电流，

I_y1、I_y2分别为所述Y轴向两电极Y₁、Y₂的输出电流，

Lx为所述二维位置敏感探测器PSD在X轴上的有效长度，Ly为所述二维位置敏感探测器PSD在Y轴上的有效长度，都为设定值，

调理电路，依次由电流-电压转换、放大和滤波子电路串联而成，该调理电路的输入是所述二维位置敏感探测器PSD的四个输出电流I_x1、I_x2、I_y1、I_y2；

电源支持单元，由能源收集器件和电源管理电路依次串联而成，其中：

能源收集器件，采用多个砷化镓太阳电池片，安装在所述太阳角敏感单元上的光孔所在的该外腔体表面的前端，向所述电源管理电路输出电流，

电源管理电路，是一个电源监测芯片，用以检测所述砷化镓太阳电池片输出的电压，当所述砷化镓太阳电池片输出电压小于最大输出电压范围内的低值时，向所述无线通信单元发送脉冲信号报警，所述电源管理单元同时向所述太阳角敏感器、调理电路和无线通信单元供电；

无线通信单元依次由无线通信电路和A/D转换电路串联而成，其中：

A/D转换电路输入端与所述调理电路的信号输出端相连，该A/D转换电路，一次完成回路电压采样，组成一组数据传输至无线通信电路发射，该一组数据中包含当前太阳角的信息，

无线通信电路，数据信号输入端与所述A/D转换电路的输出端相连，所述无线通信电路采用Zigbee协议作为无线通信协议标准，通过软件加载默认射频配置，并自主发射接收请求信息，自动与外部的数据接收节点建立自组织的无线通信链路，并依据该数据接收节点发送的配置指令字完成射频配置，该射频配置指令字包括：收发信道编号、收发地址、数据包长度、校验码长度及校验方式。

本发明所述的自供电无线模拟太阳角敏感器，其特征在于：采用5片三节砷化镓太阳电池片构成所述能源收集器件，每片太阳电池片的最大输出电压范围为2.3V～2.4V。

本发明所述的自供电无线模拟太阳角敏感器，其特征在于：1片所述太阳电池片为所述无线通信单元供电，其余4片太阳电池片串联连接后为所述调理电路提供-2.4V～-2.3V负电压和2.3V～2.4V正电压，并为所述二维位置敏感探测器提供6.9V～7.2V的偏置电压。

本发明提供了一种自供电无线模拟太阳角敏感器，结构见图1，其特征在于：含有太阳角敏感器单元、电源支持单元、无线通信单元。其中太阳角敏感器单元包括前端光学系统、太阳角敏感器、调理电路和外腔体四个部分，电源支持单元包括能源收集器件和电源管理电路两个部分，无线通信单元包括A/D转换电路和无线通信电路。

本发明所述的太阳角敏感器单元的特征在于：含有光孔1、太阳角敏感器2、外腔体3，利用单孔构成前端光学系统，太阳光通过光孔1在太阳角敏感器2表面形成光斑4，太阳角敏感器单元结构及其坐标定义如图2，根据光的直线传播原理，不同的太阳光入射角将在太阳角敏感器2的不同位置形成光斑4，通过测量光斑4的位置可以得到当前入射太阳光的角度信息，调理电路对测量信号进行放大、滤波处理，以利于后续电路处理。以太阳角敏感器2表面为XOY平面，垂直于XOY平面入射的太阳光形成的光斑质心为坐标原点，Z轴指向光孔1，建立笛卡尔直角坐标系，如图3，则光斑4质心的坐标与太阳光入射角关系可用下式表示：

$\left\{\begin{array}{c}x=H*\mathrm{ctg\β}*\cos \mathrm{\θ}\\ y=H*\mathrm{ctg\β}*\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right.$

其中(x，y)为光斑4质心坐标，θ为太阳光入射方位角，β为太阳光入射俯仰角，H为光孔1到坐标原点的距离。进一步可以得到太阳光入射角与光斑4质心坐标的关系可用下式表示：

本发明所述的太阳角敏感器的特征在于：采用二维位置敏感探测器PSD(PositionSensitive Detector)作为太阳角敏感器2，入射光斑4质心在二维位置敏感探测器PSD表面的坐标位置和4个电极X₁、X₂、Y₁、Y₂的输出关系如图4，可以表示为下式：

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{\mathrm{Lx}}{2}*\frac{(I_{x2}-I_{x1})}{(I_{x2}+I_{x1})}\\ y=\frac{\mathrm{Ly}}{2}*\frac{(I_{y2}-I_{y1})}{(I_{y2}+I_{y1})}\end{array}\right.$

其中(x，y)为光斑4质心坐标，I_x1、I_x2为X轴向两电极X₁、X₂的输出电流，I_y1、I_y2为Y轴向两电极Y₁、Y₂的输出电流，Lx为PSD在X轴向的有效长度，Ly为PSD在Y轴向的有效长度，对于具体的器件而言，Lx和Ly为常数。实际使用中，图3和图4的坐标系重合，则可以得到太阳光入射角和二维PSD输出电流之间的关系可表示为下式：

本发明所述的调理电路的特征在于：调理电路将二维位置敏感探测器PSD的四个电极输出电流信号分别转换为电压信号，并进行放大和滤波处理，并将这四路电压信号送入无线通信单元，由于这四路电压信号含有太阳光入射角度信息，因而可以通过解算上述公式实现太阳角的测量。

本发明所述的电源支持单元的特征在于：采用三节砷化镓太阳电池片作为其能源收集器件，能源收集器件连接到电源管理电路，通过电源管理电路为本发明所述的其它部分提供电源，无需电池或者外部电源为本发明所述各部分供电，尤其是不需要有线连接的外部电源接口。

本发明所述的能源收集器件的特征在于：采用5片三节砷化镓太阳电池片构成能源收集器件，每片电池片的最大输出电压为2.3V～2.4V之间。由于太阳敏感器有效探测期间必然存在太阳光照射，因此，将太阳电池片安装在太阳角敏感器单元的光孔所在平面的前端，则太阳电池片此时能够输出电流并提供电源。电池片安装与光孔位置布局如图5。

本发明所述的能源收集器件的特征在于：1片太阳电池片独立为本发明所述的无线通信单元提供电源，其它4片太阳电池片串联连接，为本发明所述的调理电路提供-2.4V～-2.3V的负电源和2.3V～2.4V的正电源，并为本发明所述的二维位置敏感探测器PSD器件提供6.9V～7.2V的偏置电压，太阳电池片及其供电连接图如图6。

本发明所述的电源管理电路的特征在于：采用一片电源监测芯片实现无线通信单元的供电太阳电池片输出电压监测功能，当太阳电池片输出电压低于2.2V时，输出120ms以上的脉冲信号，用于为本发明所用的数字芯片提供欠压复位信号。

本发明所述的无线通信单元的特征在于：采用Zigbee协议作为无线通信协议标准，通过软件加载射频配置，并自主发射接入请求信息，自动与数据接收节点建立自组织的无线通信链路，并通过接收数据接收节点的指令实现修改射频配置，当A/D转换器完成一次采样后，将采样数据送入无线通信单元自主发射，当无线通信单元完成发射后，A/D转换器再进行下一次采样，依次循环。数据接收节点为本发明所述自供电无线模拟太阳敏感器的应用平台的姿态传感器数据接收中心，与本发明无关，凡是可以提供支持Zigbee协议的无线通信接口的数据接收中心即可作为本发明所述的无线通信单元的数据接收节点。数据接收节点根据接收到的四路电压信号采样值，就可以根据上述公式解算出当前太阳角。

本发明所述的A/D转换电路的特征在于：A/D转换电路对太阳角敏感器单元送入的四路电压信号分别进行采样，当完成所有的四路电压信号采样后，将采样数据送入无线通信单元进行自主发射，当所有数据都发射完成后，A/D转换器再进行下一次采样，然后依次循环。

本发明的特点是：自主供电、精度高、结构简单、尺寸小、纯无线化，与应用平台的接口仅为简单的机械接口，因此灵活性好。

与现有的模拟太阳敏感器比较，本发明具有以下优点：

1)无物理连接的对外交互的电气接口，一方面无需应用平台提供连接线缆，从而减轻了应用平台的质量，另一方面，应用中可以为姿态测量系统的设计提供灵活的解决方案；

2)采用自主供电方式，无需外部电源或者蓄电池供电，寿命长，而且将太阳电池片直接对器件供电，无复杂的电源管理系统；

3)采用Zigbee无线通信协议实现数据通信，可以满足器件即插即用的需求；

4)采用二维PSD作为太阳角敏感器，前端光学系统简单，实现了高测量精度和高分辨率；

5)尺寸小巧，结构简单，可以在应用平台上自由安装，不受电气接口连接约束。

附图说明

图1为自供电无线模拟太阳敏感器结构框图。

图2为太阳角敏感器单元结构及其坐标定义图：a-侧视图，b-正视图，c-俯视图。

图3为太阳角敏感器的笛卡尔直角坐标系。

图4为二维PSD坐标系及转换公式示意图。

图5为太阳电池片安装与光孔位置布局图

图6为太阳电池片及其供电连接图。

具体实施方式

本发明提供了一种自供电无线模拟太阳敏感器，结构见图1，其特征在于：含有太阳角敏感器单元、电源支持单元、无线通信单元。其中太阳角敏感器单元包括前端光学系统、太阳角敏感器和调理电路三个部分，电源支持单元包括能源收集器件和电源管理电路两个部分，无线通信单元包括A/D转换电路和无线通信电路。

本发明所述的太阳角敏感器单元的特征在于：含有光孔1、太阳角敏感器2、外腔体3，利用单孔构成前端光学系统，太阳光通过光孔1在太阳角敏感器2表面形成光斑4，太阳角敏感器单元结构及其坐标定义如图2，根据光的直线传播原理，不同的太阳光入射角将在太阳角敏感器2的不同位置形成光斑4，通过测量光斑4的位置可以得到当前入射太阳光的角度信息，调理电路对测量信号进行放大、滤波处理，以利于后续电路处理。以太阳角敏感器2表面为XOY平面，垂直于XOY平面入射的太阳光形成的光斑质心为坐标原点，Z轴指向光孔1，建立笛卡尔直角坐标系，如图3，则光斑4质心的坐标与太阳光入射角关系可用下式表示：

$\left\{\begin{array}{c}x=H*\mathrm{ctg\β}*\cos \mathrm{\θ}\\ y=H*\mathrm{ctg\β}*\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right.$

其中(x，y)为光斑4质心坐标，θ为太阳光入射方位角，β为太阳光入射俯仰角，H为光孔1到坐标原点的距离。进一步可以得到太阳光入射角与光斑4质心坐标的关系可用下式表示：

本发明所述的太阳角敏感器的特征在于：采用二维位置敏感探测器PSD(PositionSensitive Detector)作为太阳角敏感器2，入射光斑4质心在二维位置敏感探测器PSD表面的坐标位置和4个电极X₁、X₂、Y₁、Y₂的输出关系如图4，可以表示为下式：

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{\mathrm{Lx}}{2}*\frac{(I_{x2}-I_{x1})}{(I_{x2}+I_{x1})}\\ y=\frac{\mathrm{Ly}}{2}*\frac{(I_{y2}-I_{y1})}{(I_{y2}+I_{y1})}\end{array}\right.$

其中(x，y)为光斑4质心坐标，I_x1、I_x2为X轴向两电极X₁、X₂的输出电流，I_y1、I_y2为Y轴向两电极Y₁、Y₂的输出电流，Lx为PSD在X轴向的有效长度，Ly为PSD在Y轴向的有效长度，对于具体的器件而言，Lx和Ly为常数。实际使用中，图3和图4的坐标系重合，则可以得到太阳光入射角和二维PSD输出电流之间的关系可表示为下式：

本发明所述的调理电路的特征在于：调理电路将二维位置敏感探测器PSD的四个电极输出电流信号分别转换为电压信号，并进行放大和滤波处理，并将这四路电压信号送入无线通信单元，由于这四路电压信号含有太阳光入射角度信息，因而可以通过解算上述公式实现太阳角的测量。

本发明所述的电源支持单元的特征在于：采用三节砷化镓太阳电池片作为其能源收集器件，能源收集器件连接到电源管理电路，通过电源管理电路为本发明所述的其它部分提供电源，无需电池或者外部电源为本发明所述各部分供电，尤其是不需要有线连接的外部电源接口。

本发明所述的能源收集器件的特征在于：采用5片三节砷化镓太阳电池片构成能源收集器件，每片电池片的最大输出电压为2.3V～2.4V之间。由于太阳敏感器有效探测期间必然存在太阳光照射，因此，将太阳电池片安装在太阳角敏感器单元的光孔所在平面的前端，则太阳电池片此时能够输出电流并提供电源。电池片安装与光孔位置布局如图5。

本发明所述的能源收集器件的特征在于：1片太阳电池片独立为本发明所述的无线通信单元提供电源，其它4片太阳电池片串联连接，为本发明所述的调理电路提供-2.4V～-2.3V的负电源和2.3V～2.4V的正电源，并为本发明所述的二维位置敏感探测器PSD器件提供6.9V～7.2V的偏置电压，太阳电池片及其供电连接图如图6。

本发明所述的电源管理电路的特征在于：采用一片电源监测芯片实现无线通信单元的供电太阳电池片输出电压监测功能，当太阳电池片输出电压低于2.2V时，输出120ms以上的脉冲信号，用于为本发明所用的数字芯片提供欠压复位信号。

本发明所述的无线通信单元的特征在于：采用Zigbee协议作为无线通信协议标准，通过软件加载射频配置，并自主发射接入请求信息，自动与数据接收节点建立自组织的无线通信链路，并通过接收数据接收节点的指令实现修改射频配置，当A/D转换器完成一次采样后，将采样数据送入无线通信单元自主发射，当无线通信单元完成发射后，A/D转换器再进行下一次采样，依次循环。数据接收节点为本发明所述自供电无线模拟太阳敏感器的应用平台的姿态传感器数据接收中心，与本发明无关，凡是可以提供支持Zigbee协议的无线通信接口的数据接收中心即可作为本发明所述的无线通信单元的数据接收节点。数据接收节点根据接收到的四路电压信号采样值，就可以根据上述公式解算出当前太阳角。

本发明所述的A/D转换电路的特征在于：A/D转换电路对太阳角敏感器单元送入的四路电压信号分别进行采样，当完成所有的四路电压信号采样后，将采样数据送入无线通信单元进行自主发射，当所有数据都发射完成后，A/D转换器再进行下一次采样，然后依次循环。

下面结合附图来具体说明本发明。

1.自供电无线模拟太阳敏感器整体结构

图1所示是自供电无线模拟太阳敏感器的整体结构框图，由太阳角敏感器单元、电源支持单元、无线通信单元三个部分组成。其中太阳角敏感器单元包括前端光学系统、太阳角敏感器和调理电路三个部分，电源支持单元包括能源收集单元和电源管理两个部分，无线通信单元包括A/D转换电路和无线收发器。

图2为太阳角敏感器单元结构图。定义二维PSD的XOY坐标平面为太阳角敏感器单元直角坐标系的XOY平面，并按右手法制建立Z轴，且Z轴通过光孔1中心。也就是将图3和图4所描述的坐标系重合。太阳角敏感器单元利用光孔1构成前端光学系统，太阳光通过光孔1在由二维PSD构成的太阳角敏感器表面形成光斑4，而不同太阳入射角在二维PSD表面的不同位置形成光斑。当有光斑照射到二维PSD表面时，二维PSD的四个输出电极产生电流，电流的大小与光斑质心的位置有关，四路电流的组合与光斑质心在二维PSD表面的位置一一对应，从而四路电流的组合与太阳角一一对应。通过后续的调理电路将电流转换为电压，并进行同步放大和滤波处理，从而形成四路电压信号输出至无线通信单元。

无线通信单元的A/D转换器将调理电路送来的四路电压信号依次采样为数字量，以便于无线发射。A/D转换器一次完成四路电压的采样，然后组成一组数据传输至无线通信单元进行发射，待一组数据全部成功发射后，A/D转换器再进行下一组数据的采样，然后依次循环。这样，每一组发射数据都完全包含当前太阳角的信息，通过简单的解算公式就可以得到当前的太阳角，解算公式如下：

其中，θ为太阳光入射方位角，β为太阳光入射俯仰角，H为光孔到二维PSD坐标原点的距离，V_x1、V_x2为二维PSD的X轴向两电极通过本发明所述调理电路后采样电压值，V_y1、V_y2为二维PSD的Y轴向两电极通过本发明所述调理电路后采样电压值，Lx为PSD在X轴向的有效长度，Ly为PSD在Y轴向的有效长度。对于具体的PSD器件而言，Lx和Ly为常数，可以通过查询其数据参数表得到。

图5为太阳电池片安装与光孔位置布局图。电源支持单元采用5片三节砷化镓太阳电池片构成能源收集单元，每片电池片的最大输出电压在2.3V～2.4V之间。由于太阳敏感器有效探测期间必然存在太阳光照射，因此，将太阳电池片安装在太阳角敏感器单元的光孔所在平面的前端，则太阳电池片此时能够输出电流并提供电源。能源收集单元连接到电源管理，通过电源管理为本发明所述的其它部分提供电源。

2.光孔及二维PSD的设计详细说明

图2所示的光孔1直径、光孔1中心至本发明所述二维PSD坐标原点的距离与本发明所需探测的视场和所选用的二维PSD器件及其有效探测半径有关。定义图3所示坐标系的Z轴为视场中心，即为此位置的视场角度为0，则光孔1中心至本发明所述二维PSD坐标原点的距离H确定关系式为下式：

$H=\frac{R}{\mathrm{tg\α}}$

其中，R为所选二维PSD器件的光斑位置检测的有效半径，对于具体的PSD器件而言，R为常数，α为本发明所需探测的最大视场偏离角度，即(-α，α)为本发明设计的视场范围。

图3和图4所示的二维位置敏感探测器PSD为HAMAMATSU公司的二维PSD器件，型号为s1880，根据其数据参数表，对应的光孔1直径为200μm。

当所需探测视场范围为(-60°，+60°)时，对于HAMAMATSU公司的型号为s1880的二维PSD而言，光孔1中心至本发明所述二维PSD坐标原点的距离H设计为1.45mm，这种设计能够使得入射光斑4落入二维PSD的最佳检测区域，从而提高测量精度。

3.电源支持单元的设计详细说明

图5所示太阳电池片采用三节砷化镓太阳电池片，每片的输出电流面积比均为15.38mA/cm²，采用体装方式安装在外腔体3的外表面。太阳电池片的面积和与本发明所需探测的视场有关，探测视场越大，太阳电池片的面积需求越大。探测视场应不超过(-60°，+60°)，这样探测视场约束在于保证太阳角测量精度，降低干扰的影响和减小误差。当所需探测视场范围为(-60°，+60°)时，太阳电池片5的尺寸为1cm×2.5cm，太阳电池片6和太阳电池片7的尺寸均为0.6cm×0.6cm，太阳电池片8和太阳电池片9的尺寸均为0.3cm×0.6cm。图5所示的光孔及太阳电池片安装平面应与本发明所述的PSD平面平行，这样可以提高太阳电池片对本发明所述其它部分的供电能力，并满足探测视场范围的要求。

图6所示为太阳电池片及供电连接示意图。太阳电池片5通过电源监测芯片10独立为本发明所述的无线通信单元提供电源，采用一片电源监测芯片10检测太阳电池片5的输出电压，当太阳电池片5输出电压低于2.2V时，电源监测芯片10输出120ms的脉冲信号，该脉冲信号输出端连接至本发明所述的无线通信单元所采用的数字芯片的复位引脚。太阳电池片6、太阳电池片7、太阳电池片8、太阳电池片9串联连接，且太阳电池片6的正电极和太阳电池片7的负电极连接，并自该连接点引出导线连接至本发明所述的太阳角敏感器单元的电源地，即太阳电池片6的负电极为本发明所述的调理电路提供-2.4V～-2.3V的负电源，太阳电池片7的正电极为本发明所述的调理电路提供2.3V～2.4V的正电源，太阳电池片9的正电极连接到本发明所述的二维PSD器件的偏置电压引脚，提供6.9V～7.2V的偏置电压。

4.无线通信芯片的设计详细说明

本发明所述的无线通信单元采用Nordic Semiconductor公司的nRF24E1芯片。由于nRF24E1芯片带有片内A/D转换器，由本发明所述的太阳角敏感器单元输出的四路电压信号分别连接至nRF24E1芯片的AIN0、AIN1、AIN2、AIN3引脚即可实现采样转换。

本发明所述的无线通信单元和太阳角敏感器单元之间应进行电磁屏蔽，这样的设计在于避免无线射频对本发明所述PSD及后续调理电路的干扰，从而提高测量精度与分辨率。

Claims (3)

1.自供电无线模拟太阳角敏感器，其特征在于，含有：太阳角敏感器单元、电源支持单元以及无线通信单元，其中：

太阳角敏感单元，含有：外腔体、前端光学系统、太阳角敏感器和调理电路，其中：

外腔体，以所述外腔体的重心O为原点建立一个笛卡尔坐标系，以平行于水平面方向为X轴，垂直于水平面的方向为Y轴，垂直于平面XOY的方向为Z轴，

光孔，开在所述外腔体表面的中心位置，且其中心位于所述轴Z轴上，起前端光学系统的作用，

太阳角敏感器采用二维位置敏感探测器PSD，所述二维位置敏感探测器位于所述XOY平面上，且该二维位置敏感探测器的中心与所述外腔体重心O重合，电极X₁位于-X轴上，电极X₂位于+X轴上，电极Y₁位于-Y轴上，电极Y₂位于+Y轴上，太阳光通过所述作为前端光学系统的光孔在所述太阳角敏感器表面上形成光斑，该光斑的位置将随着不同的太阳光入射角而改变，该光斑的质心坐标为(x，y)，其中：

$x=\frac{\mathrm{Lx}}{2}*\frac{(I_{x2}-I_{x1})}{(I_{x2}+I_{x1})},$

$y=\frac{\mathrm{Ly}}{2}*\frac{(I_{y2}-I_{y1})}{(I_{y2}+I_{y1})},$

其中：I_x1、I_x2分别为所述X轴向两电极X₁、X₂的输出电流，

I_y1、I_y2分别为所述Y轴向两电极Y₁、Y₂的输出电流，

Lx为所述二维位置敏感探测器PSD在X轴上的有效长度，Ly为所述二维位置敏感探测器PSD在Y轴上的有效长度，都为设定值，

调理电路，依次由电流-电压转换、放大和滤波子电路串联而成，该调理电路的输入是所述二维位置敏感探测器PSD的四个输出电流I_x1、I_x2、I_y1、I_y2；

电源支持单元，由能源收集器件和电源管理电路依次串联而成，其中：

能源收集器件，采用多个砷化镓太阳电池片，安装在所述太阳角敏感单元上的光孔所在的该外腔体表面的前端，向所述电源管理电路输出电流，

电源管理电路，是一个电源监测芯片，用以检测所述砷化镓太阳电池片输出的电压，当所述砷化镓太阳电池片输出电压小于最大输出电压范围内的低值时，向所述无线通信单元发送脉冲信号报警，所述电源管理单元同时向所述太阳角敏感器、调理电路和无线通信单元供电；

无线通信单元依次由无线通信电路和A/D转换电路串联而成，其中：

A/D转换电路输入端与所述调理电路的信号输出端相连，该A/D转换电路，一次完成回路电压采样，组成一组数据传输至无线通信电路发射，该一组数据中包含当前太阳角的信息，

无线通信电路，数据信号输入端与所述A/D转换电路的输出端相连，所述无线通信电路采用Zigbee协议作为无线通信协议标准，与外部的数据接收节点建立自组织的无线通信链路。

2.根据权利要求1所述的自供电无线模拟太阳角敏感器，其特征在于：采用5片三节砷化镓太阳电池片构成所述能源收集器件，每片太阳电池片的最大输出电压范围为2.3V～2.4V。

3.根据权利要求2所述的自供电无线模拟太阳角敏感器，其特征在于：1片所述太阳电池片为所述无线通信单元供电，其余4片太阳电池片串联连接后为所述调理电路提供-2.4V～-2.3V负电压和2.3V～2.4V正电压，并为所述二维位置敏感探测器提供6.9V～7.2V的偏置电压。

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