CN105004331A - 一种基于太阳测向的方位角传感器 - Google Patents

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Abstract

一种基于太阳测向的方位角传感器，包括若干由带有用以透光的窄缝结构的不透明挡板构成的遮光结构，遮光结构内设若干光敏器件，光敏器件与窄缝结构对应，太阳光通过窄缝结构照射至光敏器件上，各个遮光结构的窄缝结构的指向各不相同，本发明利用太阳轨道的精确性，实现天线方位角的高精度测量，可以达到甚至超过双天线GPS测向设备的测试精度，不受周围钢铁的影响，测试精度远高于磁罗盘测向传感器；本发明采用不连续测向方案，只在离散的时间点上进行测量，和现有连续测量方式的太阳位置测试设备相比，精度大幅度提高，成本大幅度降低。

Description

一种基于太阳测向的方位角传感器
技术领域
本发明属于天线技术领域，特别涉及一种基于太阳测向的方位角传感器。
背景技术
基站天线的方位角指天线辐射口面的朝向。在移动通信的网络优化过程中，基站天线的方位角和俯仰角是两个最重要的天线工作参数。国际上现有的基站天线方位角测试方法有两大类，一类利用磁罗盘，另一类利用GPS卫星信号。磁罗盘的工作原理是利用地磁场的方向性。利用磁罗盘进行测向具有成本低、***简单的优点。但是磁罗盘容易受到周围钢铁的影响，测试精度较低。GPS卫星测向利用两个GPS天线接收太空中卫星群的信号，通过测量每个卫星在两个GPS天线上输出信号的相位差。再结合针对多个卫星的测量数据，可以计算出基站天线的方位角。GPS卫星测向的优点是精度高，缺点是***成本高、尺寸大。
在太阳能应用领域，有很多跟踪太阳从而保证太阳能电池正对阳光的发明。这些发明可以连续跟踪太阳，并计算出太阳的俯仰角和方位角。但是这类技术的精度较低，且***复杂度较高。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于太阳测向的方位角传感器，利用太阳光，具有360度方位角测量能力，并具有低成本、高精度的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于太阳测向的方位角传感器，包括若干由带有用以透光的窄缝结构2的不透明挡板1构成的遮光结构，遮光结构内设若干光敏器件3，光敏器件3与窄缝结构2对应，太阳光通过窄缝结构2照射至光敏器件3上。
所述各个遮光结构的窄缝结构2的指向各不相同。
所述遮光结构为球壳形，窄缝结构2位于其球面上，绕球壳的中心轴对称设置。
所述不透明挡板1由球壳遮光挡板和垂直遮光挡板构成，其中球壳遮光挡板为球壳形，形成外部轮廓，垂直遮光挡板有8个，均布在球壳遮光挡板内，且关于球壳的中心轴对称，将球壳分为8个相互隔离的部分，每一部分上设置一个窄缝结构2，8个窄缝结构2呈等角度放射状排列。
所述球壳的直径为30mm，球壳遮光挡板厚度2mm，垂直遮光挡板厚度2mm，窄缝结构2的宽度为0.5mm，相邻窄缝结构2之间夹角为45°。
所述每个不透明挡板1上设置一个窄缝结构2，与该窄缝结构2对应的光敏器件3设置在不透明挡板1的内侧，该不透明挡板1、窄缝结构2和光敏器件3构成一个探测单元4。多个探测单元4顺次环绕拼合成球壳形，形成具有360度方位角测量能力的传感器。
所述每个不透明挡板1上设置多个窄缝结构2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明利用太阳轨道的精确性，实现天线方位角的高精度测量，可以达到甚至超过双天线GPS测向设备的测试精度。
2.本发明不受周围钢铁的影响，测试精度远高于磁罗盘测向传感器。
3.本发明采用不连续测向方案，只在离散的时间点上进行测量，和现有连续测量方式的太阳位置测试设备相比，精度大幅度提高，成本大幅度降低。
4.本发明结构简单、体积小、成本低。
附图说明
图1是方位角传感器的原理图。
图2是本发明窄缝遮光结构的一种具体实现方案的立体图。
图3是本发明窄缝遮光结构的一种具体实现方案的正视图。
图4是本发明窄缝遮光结构的一种具体实现方案的后视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种基于太阳测向的方位角传感器，包括由带有用以透光的窄缝结构2的不透明挡板1构成的遮光结构，遮光结构可以对太阳光进行选择性遮挡，其内设有若干光敏器件3，光敏器件3与窄缝结构2对应，只有当太阳处于很窄的角度范围内，太阳光才能够通过遮光结构2照射到光敏器件3上。
窄缝结构2的形状、长度可以根据需要进行设计，从而对可探测的太阳光到达范围进行约束。窄缝结构2的宽度和其距离光敏器件3的距离决定方向角测量的精度。缝越窄、距离越长，方向角测量精度越高。光敏器件3可以是单个像素，也可以采用多个像素来进一步提高测量精度。
图2所示的是一个遮光结构具体实现方案的立体图。该方案的不透明挡板1由球壳遮光挡板和垂直遮光挡板构成，其中球壳遮光挡板为球壳形，形成外部轮廓，垂直遮光挡板有8个，均布在球壳遮光挡板内，且关于球壳的中心轴对称，将球壳分为8个相互隔离的部分，每一部分上设置一个窄缝结构2，8个窄缝结构2呈等角度放射状排列。
本实施例中，球壳的直径30mm，球壳遮光挡板厚度2mm，垂直遮光挡板厚度2mm。相邻两个窄缝结构2的角度差为45°，窄缝结构2的宽度0.5mm。光敏器件3采用0603封装的光敏三极管，型号PT19-21C-L41-TR8。
图3所示的是一个本发明窄缝遮光结构具体实现方案的正视图。图3中可见本发明的不透明挡板1和窄缝结构2。
图4所示的是一个本发明窄缝遮光结构具体实现方案的后视图。图4中可以看到，各个窄缝结构2之间的八个垂直遮光挡板和半球壳遮光挡板相互连接成为一个整体，一方面增加了整个结构的强度，另一方面降低了结构的加工成本。
本发明中，一个不透明挡板1上设置一个窄缝结构2，与该窄缝结构2对应的光敏器件3设置在不透明挡板1的内侧，该不透明挡板1、窄缝结构2和光敏器件3构成一个探测单元4。多个指向不同方向的、光路上相互隔离的探测单元4组成具有360度方位角测量能力的传感器。
使用时，本发明方位角传感器安装在基站天线朝向天空的顶面上。基站天线处于静止状态。方位角传感器工作时的绝大部分时间内所有探测单元4检测不到太阳光。每天白天，太阳在天空中的位置处于连续变化中。当太阳光正好能够穿过某个探测单元4的窄缝结构2，照射到对应的光敏器件3时，该探测单元4的输出信号发生改变。
根据输出信号变化时的日期、时间以及方位角传感器所在的经度、纬度，可以计算出此时太阳相对于方位角传感器的绝对方位角。另一方面，方位角传感器上所有探测单元4相对于天线的辐射面的相对夹角为已知信息。利用探测到太阳光的那个探测单元4的相对夹角信息对太阳当前绝对方位角进行修正，就可以得到天线辐射面的绝对方位角信息。
天线的俯仰角的不同也会对方位角的产生影响，当精度要求较高时，可以根据天线的俯仰角的测量值对天线的绝对方位角进行修正。
取决于探测单元4数量，方位角传感器一天内可以对太阳实现多次成功检测，这些正确的方位角结果均相同。另一方面，当周围环境中有玻璃幕墙等对太阳光具有反射能力的物体时，有可能出现错误的检测结果，这些错误的方位角结果一天仅出现一次。根据这个特性就可以将由于反射光造成的错误结果排除掉。

Claims (8)

1.一种基于太阳测向的方位角传感器，其特征在于，包括若干由带有用以透光的窄缝结构(2)的不透明挡板(1)构成的遮光结构，遮光结构内设若干光敏器件(3)，光敏器件(3)与窄缝结构(2)对应，太阳光通过窄缝结构(2)照射至光敏器件(3)上。
2.根据权利要求1所述基于太阳测向的方位角传感器，其特征在于，所述各个遮光结构的窄缝结构(2)的指向各不相同。
3.根据权利要求1所述基于太阳测向的方位角传感器，其特征在于，所述遮光结构为球壳形，窄缝结构(2)位于其球面上，绕球壳的中心轴对称设置。
4.根据权利要求3所述基于太阳测向的方位角传感器，其特征在于，所述不透明挡板(1)由球壳遮光挡板和垂直遮光挡板构成，其中球壳遮光挡板为球壳形，形成外部轮廓，垂直遮光挡板有8个，均布在球壳遮光挡板内，且关于球壳的中心轴对称，将球壳分为8个相互隔离的部分，每一部分上设置一个窄缝结构(2)，8个窄缝结构(2)呈等角度放射状排列。
5.根据权利要求4所述基于太阳测向的方位角传感器，其特征在于，所述球壳的直径为30mm，球壳遮光挡板厚度2mm，垂直遮光挡板厚度2mm，窄缝结构(2)的宽度为0.5mm，相邻窄缝结构(2)之间夹角为45°。
6.根据权利要求1所述基于太阳测向的方位角传感器，其特征在于，所述每个不透明挡板(1)上设置一个窄缝结构(2)，与该窄缝结构(2)对应的光敏器件(3)设置在不透明挡板(1)的内侧，该不透明挡板(1)、窄缝结构(2)和光敏器件(3)构成一个探测单元(4)。
7.根据权利要求6所述基于太阳测向的方位角传感器，其特征在于，多个指向不同方向的、光路上相互隔离的探测单元(4)顺次环绕拼合成球壳形，形成具有360度方位角测量能力的传感器。
8.根据权利要求1所述基于太阳测向的方位角传感器，其特征在于，所述每个不透明挡板(1)上设置多个窄缝结构(2)。
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