一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统及方法技术方案

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。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光信号的整星级恒星敏感器测试系统及方法
本专利技术属于航天器整星级综合测试领域，涉及一种利用动态星模完成整星级恒星敏感器开路测试与闭路测试的方法，主要应用于整星级控制分系统测试中。
技术介绍
恒星敏感器是根据双矢量定姿原理，通过敏感恒星辐射来测定卫星相对于惯性坐标系的三轴姿态，是卫星姿态控制系统的重要组成部分，它为系统提供卫星姿态数据，并可以修正陀螺漂移。恒星敏感器一般包括星敏线路盒和星敏光学探头。以往整星级的控制分系统中关于恒星敏感器的测试，或是通过模拟星敏线路盒电信号，将对应的星敏四元数通过电缆直接发送给星上计算机，或是模拟经星敏光学探头的星图数据输出格式，将星图数字信号传送给星敏线路盒，进而引入控制分系统姿态控制，测试范围都没有覆盖到星敏光学探头。另外还有采用静态星模的测试方法，将其安装于恒星敏感器光学探头上，模拟真正的星图光信号，然而静态星模与控制推进地面测试系统分离，通过专业人员手动转动星模探头，仅能查看星敏在当前时刻固定指向的静态响应是否正确。可以看出，不论采用以上哪种方法，都无法覆盖到从星敏光学探头到线路盒再到星上控制计算机的整个通路的实时动态响应要求。虽然可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
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...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晨，邱乐德，段传辉，胡冠松，阎凯，刘杰，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11