专利汇可以提供一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种基于光 信号 的整星级 恒星 敏感器测试系统及方法,该方法是在整星级测试时,通过在恒星敏感器光学 探头 部分安装动态星模,实现基于 光信号 的数据传输,从而与地面测试系统配合,完成恒星敏感器的开路测试与闭路测试。该方法可以完整的考核到从恒星敏感器光学探头到控制计算机的通路,不跳过任何一个部件,并通过数管上行指令注入命令与动 力 学指令的配合,实现高 精度 的以恒星敏感器为输入的整星级控制分系统闭路测试,可以精确地进行对恒星敏感器的输入与输出的比对,并查看在星敏控 制模 式中的恒星敏感器运行情况,解决了以往整星测试中无法全面的验证恒星敏感器从光学探头到控制计算机传输通路的动态响应问题。,下面是一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统及方法专利的具体信息内容。
1.一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统,其特征在于:包括地面测试系统、动态星模;动态星模,包括:光学探头、电子星图计算机;
测试对象为恒星敏感器;整星级测试时,将动态星模的光学探头安装在恒星敏感器光学探头遮光罩上,动态星模的电子星图计算机接入地面测试系统,地面测试系统根据卫星姿态,计算出动力学星敏四元数传输给电子星图计算机;动态星模计算机将动力学星敏四元数实时转化为星空图像;动态星模光学探头将星空图像放映于恒星敏感器遮光罩内,模拟真实星空;
使用动态星模对恒星敏感器测试时,包括开路测试与闭路测试;开路测试为:地面测试系统通过动力学指令设置动力学星敏四元数,与星上恒星敏感器反馈的四元数遥测进行计算,得到安装校准矩阵;动态星模的电子星图计算机根据安装校准矩阵矫正动态星模的光学探头安装所带来的偏差,对偏差矫正后的动力学星敏四元数与星上恒星敏感器反馈的四元数遥测的差值的绝对值进行判断,若差值的绝对值小于等于设定的阈值,则判定恒星敏感器的开路测试正常,否则判定恒星敏感器的开路测试不正常;
闭路测试为:地面测试系统通过动力学指令设置卫星的动力学轨道与时间,将动力学轨道递推一段时间得到星上轨道,然后通过卫星的数管指令配合遥控指令向卫星的控制计算机注入星上轨道与时间,注入后,星上转为采用星敏控姿的模式,根据恒星敏感器的动态响应进行判断,若卫星的姿态收敛且满足控制精度要求,判定闭路测试工作正常,否则判定为不正常。
2.根据权利要求1所述的一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统,其特征在于:
恒星敏感器测试的闭路测试中,将动力学轨道递推一段时间得到星上轨道,具体方法为:
(1)记录当前T0时刻的卫星轨道系下的动力学轨道数据[x0,y0,z0,vx0,vy0,vz0]T;
(2)不考虑轨道摄动因素,对轨道进行线性递推,设卫星运行半径为r,引力加速度为[ax,ay,az]T,计算方法如公式(1)、公式(2)所示;
公式(2)中M为地球质量,G为引力常量;
(3)按照公式(3)进行计算,得到经过了t1时长后的星上轨道;
恒星敏感器测试的闭路测试中,使动力学时间轨道与星上时间轨道一致的具体方法为:
(1)将动力学设置为暂停状态,模拟仿真T0时刻的轨道六根数(a0,e0,i0,Ω0,w0,M0),然后将动力学时间T、轨道(a0,e0,i0,Ω0,w0,M0)与姿态等信息注入动力学;此时动力学处于暂停状态,计时器不工作,轨道姿态闭路运算暂停;
(2)将星上设置为不使用星敏的模式,发送注入星上时间T的遥控指令,在指令发送完毕后马上启动动力学,使动力学时间与星上时间同步从T开始计时;同时记录此T0时刻的动力学轨道数据[x0,y0,z0,vx0,vy0,vz0]T;
(3)模拟仿真t时长之后即T1=T0+t时刻的轨道参数[x,y,z,vx,vy,vz]T,通过卫星数管分系统的上行指令注入功能,利用1553B总线注入轨道信息与生效时间T1,指令注入时间缩短为使用控制分系统比例式指令的1/10,保证在T1时刻前将轨道信息注入完毕,则在T1时刻星上使用新注入轨道,星上轨道与动力学轨道高度一致。
3.根据权利要求1所述的一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统,其特征在于:
地面测试系统,包括:动力学仿真计算机、星敏信号源CAN卡、数据采集模块、遥控遥测模块和测试计算机;
动力学仿真计算机,内置动力学软件,能够模拟卫星的空间运动,读入控制系统执行机构的推力器控制脉冲和动量轮转速,计算出作用在卫星上的力矩和力,进行动力学运算,得到卫星的姿态角和角速度,经坐标变换后转换成与敏感器相对应的角速度、角度,对各敏感器产生指定格式的角度、角速度激励数据,通过接口分别送给各信号源;
动力学仿真计算机根据卫星姿态计算出姿态轨道信息,下传到星敏信号源CAN卡上,通过星敏信号源CAN卡处理然后通过CAN接口发送到动态星模电子星图计算机;
在地面测试系统中,动量轮的转速和推进脉冲宽度由FPGA板卡测得,数据采集模块采集后,通过CPCI总线发送给动力学计算机,以完成控制分系统闭路运算;
遥控遥测模块,能够对遥控指令进行编码调制,发送至星上遥控单机;还能够接收星上遥测单机发出的遥测参数,进行解调解码,广播给各测试计算机;
测试计算机,内置测试软件,能够发送遥控指令至遥控遥测模块,发送动力学指令至动力学仿真计算机,显示收到的星上遥测参数和动力学软件运行参数。
4.根据权利要求1所述的一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统,其特征在于:
动态星模,除了光学探头、电子星图计算机,还包括供电电源、星图显示器和信号放大器;其中,星图显示器为普通液晶显示器,仅用于计算机操作和测试人员肉眼查看星图,信号放大器用于星图信号的传输与放大,抵消经长电缆传输后的信号衰减,供电电源为普通电源,设定固定电压后为信号放大器和星模光学探头供电;
动态星模光学探头接收星图信号,经显示驱动后,在液晶屏上形成二维星空图像,以平行光的形式出射到恒星敏感器的入瞳处,模拟实际星空中由无限远处射来的星光;
电子星模计算机接收动力学姿态四元数,在星表数据库中快速遍历各个恒星,得到与星敏光轴夹角在星敏视场内的恒星导航星,并将从星表中筛选出的恒星导航星位置信息进行转换,由天体坐标系转换为平面坐标系,结合星等最终转换为一幅多个点光源的二维星空,实时发送给星敏探头和星空显示器。
5.根据权利要求1所述的一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统,其特征在于:
使用动力学指令设置地面测试系统输出;动力学指令是针对动力学软件编制的一系列的指令,实现对动力学软件中轨道、姿态、信号源输出参数的设置,按照测试计算机与动力学软件间的通信协议,将软件中的相应变量设置为目标数值。
6.根据权利要求1所述的一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统,其特征在于:
恒星敏感器包括线路盒,恒星敏感器的线路盒包含多项指标,包括数据更新率、复位方式、计数器、同步方式、见太阳标志、功耗、机械安装精度、与电源接口、与星上控制计算机接口、与遥测接口、星图识别和遥控指令检查,其中一部分指标在整星级测试中不可测,通过单机测试来完成,在整星级测试中需满足的指标为:与电源接口正常,表现为恒星敏感器正常开机,电压遥测参数正常;与星上控制计算机接口正常,表现为开路测试正常;星图识别正常,表现为开路测试与闭路测试正常;与遥控遥测接口正常,表现为开路测试与闭路测试正常。
7.根据权利要求1所述的一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统,其特征在于:
恒星敏感器包括光学探头,恒星敏感器光学探头包含多项指标,包括视场范围、光轴指向精度、数据更新率、见太阳标志、功耗、机械安装精度、星图识别,其中一部分指标在整星级测试中不可测,通过单机测试来完成,在整星级测试中需满足的指标为:星图识别正常,表现为开路测试与闭路测试正常。
8.根据权利要求1所述的一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统,其特征在于:
地面动力学软件根据卫星姿态和当前时间,计算星敏四元数,具体方法如下:
由于安装后的恒星敏感器本体系三轴指向与卫星本体系三轴指向完全一致,故星敏的姿态四元数[q0,q1,q2,q3]T与卫星姿态四元数一致,由卫星姿态欧拉角ψ,θ,得到,计算方法如公式(5)所示;
9.根据权利要求1所述的一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统,其特征在于:
动态星模计算机将星敏四元数实时转化为星空图像,具体方法如下:
(1)电子星模计算机完成星表数据库的管理,用于恒星选择;星表数据库中保存有天体的各种参数,包括:位置、运动、星等、光谱型,使用常用星表,包括史密松森星表,收录光度
9.0等且自行运动已精确测量过的恒星;
(2)接收动力学姿态四元数,结合当前的时间信息与轨道信息,得出星敏感器指向光轴,在星表数据库中快速遍历各个恒星,得到与星敏光轴夹角在星敏视场内的恒星,作为星敏识别导航星,记录其具体位置和星等信息;
(3)将从星表中筛选出的恒星导航星位置信息进行转换,由天体坐标系转换为平面坐标系,最终转换为以液晶光阀中心为原点的二维图像中的一个点,能够由行、列控制器产生的点光源表示;
(4)根据星表记录的星等信息,控制每个星点的灰度值,对二维图像中各个导航星的亮度进行修正;
(5)根据软件计算得到的所有导航星不同星等的二维图像,由行列控制器产生一幅多个不同亮度点光源的二维星空图像,实时发送给星敏探头和星空显示器;并根据动力学输入实时刷新输出。
10.根据权利要求1所述的一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统,其特征在于:地面测试系统通过动力学指令,设置动力学轨道时间,具体方法如下:
动力学软件中编制了软件初始化的指令,其中包含了动力学轨道姿态设置指令,当发送动力学暂停指令时,动力学时间停止前进并暂停闭路运算,各敏感信号源输出维持在当前输出,只有当动力学接收到启动指令时,重新开始闭路运算;
闭路测试时首先将动力学暂停后进行初始化设置,其中时间与轨道注入指令如下:
XXX011;
XXX002(a,e,i,Ω,w,M);
XXX001(YY,MM,DD,hh,mm,ss);
XXX010;
其中,a,e,i,Ω,w,M表示轨道六根数,YY,MM,DD,hh,mm,ss表示时间。
11.根据权利要求1所述的一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统,其特征在于:动力学星敏四元数,与星上恒星敏感器反馈的四元数遥测进行计算,得到安装校准矩阵,具体方法如下:
整星测试中对星敏设置四元数(q0,q1,q2,q3)后,恒星敏感器接收光信号,得到星敏四元数遥测(q0’,q1’,q2’,q3’),按照公式(6),通过(q0,q1,q2,q3)和(q0’,q1’,q2’,q3’)得到星模光学探头的安装校准矩阵(q0”,q1”,q2”,q3”);
12.根据权利要求1所述的一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统,其特征在于:动态星模的电子星图计算机矫正动态星模的光学探头安装所带来的偏差,具体方法如下:
对于任意动力学星敏四元数P=[p0,p1,p2,p3],安装矫正矩阵Q=[q0,q1,q2,q3],经矫正后的动力学星敏四元数为M=[m0,m1,m2,m3],按公式(7)进行计算,电子星图计算机使用矫正后的动力学星敏四元数生成新的星空图像;
13.根据权利要求1所述的一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统,其特征在于:星敏控姿的模式,是指卫星控制分系统采用星敏作为姿态控制的基准;卫星控制分系统包含有多种敏感器,包括太阳敏感器、地球敏感器、陀螺和星敏;控制分系统星上计算机也对应设置了多种控制模式,采用不同的敏感器作为姿态输入进行控制;星敏控姿的模式,是控制分系统星上计算机采用星敏传入的姿态数据作为输入计算,输出相应的控制力矩数据给控制分系统执行机构,进而完成卫星姿态控制的模式。
14.根据权利要求1所述的一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统,其特征在于:在整星级测试中查看恒星敏感器的动态响应,包括星敏数据有效性、有效恒星个数和星敏控姿时的卫星姿态;当星敏运行正常时,星敏数据有效,有效恒星个数>=4,星敏控姿时的卫星姿态稳定收敛,各轴姿态与动力学模拟卫星各轴姿态差值绝对值<=0.05。
15.一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试方法,其特征在于步骤如下:
(1)整星级测试时,将动态星模的光学探头安装在恒星敏感器光学探头遮光罩上,动态星模的电子星图计算机接入地面测试系统,
(2)地面测试系统中预存的动力学软件根据卫星姿态,计算动力学星敏四元数,将动力学星敏四元数传输给动态星模的电子星图计算机;
(3)动态星模计算机将动力学星敏四元数实时转化为星空图像;动态星模光学探头将星空图像放映于恒星敏感器遮光罩内,模拟真实星空;
(4)使用动态星模对恒星敏感器进行开路测试时,地面测试系统通过动力学指令设置动力学星敏四元数,与星上恒星敏感器反馈的四元数遥测进行计算,得到安装校准矩阵;
(5)将安装校准矩阵安装校准矩阵送至动态星模的电子星图计算机;动态星模的电子星图计算机矫正动态星模的光学探头安装所带来的偏差,
(6)对偏差矫正后的动力学星敏四元数与星上恒星敏感器反馈的四元数的差值的绝对值进行判断,若差值的绝对值小于等于0.001则判定星敏的开路测试正常,否则判定星敏的开路测试不正常;
(7)使用动态星模对恒星敏感器进行闭路测试,地面测试系统通过动力学指令设置卫星的动力学轨道与时间;
(8)将动力学轨道递推一段时间得到星上轨道,然后通过卫星的数管指令配合遥控指令向卫星的控制计算机注入星上轨道与时间;
(9)步骤(8)注入后,星上转为采用星敏控姿的模式,查看恒星敏感器的动态响应;
(10)根据动态响应进行判断,若卫星的姿态收敛且满足控制精度要求,则判定闭路测试工作正常,否则,判定闭路测试工作不正常。
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