[发明专利]一种基于双GNSS天线的太阳能追踪系统

权利要求书

1.一种基于双GNSS天线的太阳能追踪系统，其特征在于包括太阳能板、平面方向GNSS天线和垂直方向GNSS天线、GNSS定位授时解算模块、追踪控制模块和姿态控制模块，其中：

太阳能板用于接收太阳光；

平面方向GNSS天线和垂直方向GNSS天线分别安装在太阳能板的平面方向和垂直方向，两根GNSS天线分别按照预设时间周期性的接收各个导航卫星的信号，然后转发至GNSS定位授时解算模块；

GNSS定位授时解算模块根据从平面方向GNSS天线和垂直方向GNSS天线接收到的卫星信息计算得到当前时间，确定太阳能板所在区域是否为白天，如果不是，则不进行太阳追踪；如果是白天，则进一步判断本次追踪是否为当日首次追踪，如果是，则采用RTK载波相位差分技术进行动态解算得到太阳能板和平面方向GNSS天线、垂直方向GNSS天线在WGS-84坐标系下的三维坐标构成动态解算结果；如果不是，则每隔一定时间间隔采用RTK载波相位差分技术进行静态解算得到平面方向GNSS天线、垂直方向GNSS天线在WGS-84坐标系下的三维坐标构成静态解算结果；然后将当前时间、动态解算结果或静态解算结果发送给追踪控制模块；

追踪控制模块在接收到当前时间、动态解算结果或静态解算结果后，首先根据当前时间和天文参数计算得到当前时刻太阳在WGS-84坐标系下坐标P₄(x₄,y₄,z₄)，如果追踪控制模块接收到的是动态解算结果，则按照以下方法计算出太阳能板的水平方向调整角度Δα和垂直方向调整角度Δβ以实现太阳能追踪系统的初始追踪太阳：

S1.1：根据太阳坐标P₄(x₄,y₄,z₄)和太阳能板以及平面方向GNSS天线、垂直方向GNSS天线的三维坐标计算太阳-太阳能板的基线向量和平面方向GNSS天线-垂直方向GNSS天线基线向量

S1.2：将两条基线向量由空间三维直角坐标系下转换为球面坐标系，得到太阳-太阳能板的球面坐标(α₁,δ₁,γ₁)和平面方向GNSS天线-垂直方向GNSS天线基线向量的球面坐标(α₂,δ₂,γ₂)，计算公式分别如下：

计算得到水平方向和垂直方向上两条基线的角度差分别为T_α＝α₂-α₁和T_δ＝δ₂-δ₁；

S1.3：追踪控制模块向姿态控制模块查询得到太阳能板当前的水平方向角度α和垂直方向角度δ，结合太阳-太阳能板基线向量的球面坐标(α₁,δ₁,γ₁)和平面方向GNSS天线-垂直方向GNSS天线基线向量的球面坐标(α₂,δ₂,γ₂)，在仅考虑水平方向和垂直方向的二维空间下，计算得到当前时刻WGS-84系球面坐标形式转换至以太阳能板为中心的载体坐标系的转换矩阵A；转换矩阵A的计算方法如下：

记WGS-84系球面坐标形式到载体坐标系的旋转角度为θ，则有：

得到转换矩阵

S1.4：通过转换矩阵A将水平方向两条基线的角度差T_α和垂直方向上两条基线的角度差T_δ从WGS-84系球面坐标转换至以太阳能板为中心的载体坐标系，得到太阳能板的水平方向调整角度Δα和垂直方向调整角度Δδ：

如果追踪控制模块接收到的是静态解算结果，表明太阳能追踪系统进入精调整对准阶段，由静态解算得到的平面方向GNSS天线、垂直方向GNSS天线在WGS-84坐标系下的三维坐标按照以下方法计算出太阳能板的水平方向调整角度Δα′和垂直方向调整角度Δδ′以实现太阳能追踪系统的精确追踪太阳：

S2.1：根据两根GNSS天线的三维坐标计算平面方向GNSS天线-垂直方向GNSS天线基线向量

S2.2：将平面方向GNSS天线-垂直方向GNSS天线基线向量由空间三维直角坐标系下转换为球面坐标系，得到平面方向GNSS天线-垂直方向GNSS天线基线向量的球面坐标(α₂′,δ₂′,γ₂′)，计算公式如下：

计算得到水平方向和垂直方向上平面方向GNSS天线-垂直方向GNSS天线基线向量和太阳-太阳能板基线向量的角度差分别为T′_α＝α′₂-α₁和T_δ′＝δ′₂-δ₁；

S2.3：追踪控制模块向姿态控制模块查询得到太阳能板当前的水平方向角度α′和垂直方向角度δ′，结合太阳-太阳能板基线向量的球面坐标(α₁,δ₁,γ₁)和平面方向GNSS天线-垂直方向GNSS天线基线向量的球面坐标(α′₂,δ′₂,γ′₂)，采用S1.3中的相同方法计算得到当前时刻WGS-84系球面坐标转换至以太阳能板为中心的载体坐标系的转换矩阵A′；

S2.4：通过转换矩阵A′将水平方向两条基线的角度差T′_α和垂直方向上两条基线的角度差T′_δ从WGS-84系球面坐标转换至以太阳能板为中心的载体坐标系，得到太阳能板的水平方向调整角度Δα′和垂直方向调整角度Δδ′：

姿态控制模块根据从追踪控制模块所接收的水平方向调整角度和垂直方向调整角度，对太阳能板的姿态进行调整。

2.根据权利要求1所述的基于双GNSS天线的太阳能追踪系统，其特征在于，所述姿态控制模块包括姿态控制模块包括驱动模块、水平方向旋转轴、前垂直方向伸缩轴和后垂直方向伸缩轴，其中驱动模块用于接收水平方向调整角度和垂直方向调整角度，分别向水平方向旋转轴、前垂直方向伸缩轴和后垂直方向伸缩轴发送水平方向调整指令和垂直方向调整指令；水平方向旋转轴根据水平方向调整指令进行旋转调整，实现太阳能板水平方向的姿态调整；前垂直方向伸缩轴和后垂直方向伸缩轴根据垂直方向调整指令进行伸缩调整，共同实现太阳能板垂直方向的姿态调整。