一种可重构红外地球敏感器模拟器在线校准装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可重构红外地球敏感器模拟器在线校准装置，其特征在于：包括单片机，单片机可通过CAN总线重置轨道参数，单片机控制FPGA，其中，FPGA输出SD和Ref时基脉冲信号给红外地球敏感器模拟器，模拟器输出反应卫星姿态信息的弦宽脉冲信号给FPGA，单片机从FPGA读取弦宽脉冲边沿时间后，根据算法解算出模拟姿态值，给出模拟器误差。本发明专利技术所支持的校准设备能够实现对一类红外地敏模拟器的动态、在线校准，同时提升效率和质量，该装置替代了目前由多台通用仪器组成的复杂校准系统，有效降低成本提高使用的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种可重构红外地球敏感器模拟器在线校准装置
本专利技术属于仪器仪表领域，具体涉及一种可重构红外地球敏感器模拟器在线校准装置。
技术介绍
卫星姿态控制系统中广泛使用的光电姿态敏感器主要包括太阳敏感器、星敏感器和红外地球敏感器。太阳敏感器在进入地球阴影区时无法使用，而星敏感器虽然精度较高。但是，由于器件本身的特性等因素使其容易受到其他光源的干扰，并且，造价较高，使用寿命也没有地球敏感器长。因此，红外地球敏感器是星上不可缺少的光电姿态敏感器。红外地球敏感器用于测量卫星在空间的姿态相对于地球的位置变化。地球敏感器所测量的角度包含：卫星俯仰角和滚动角。红外地球敏感器利用运动机械部件带动一个或少量几个探测元的瞬时视场扫过地平圆，从而将地球/太空边界空间分布的辐射图像变换为时间分布的近似方波，通过电子学手段检测地球的宽度或相位计算出地平圆的位置，从而确定两轴姿态。在卫星的地面环境实验中包含地球敏感器的模拟测试，这就需要地球敏感器模拟器(地敏模拟器)在地面模拟太空环境下地球敏感器的作用和状态。对于地敏模拟器输出的俯仰角和滚动角的校准和比测就显得尤为重要。红外地敏模拟器是将卫星相对地球的姿态信息转换为弦宽信号的半物理仿真装置，即接收动力学发出的姿态信息(滚动角、俯仰角)，以时基信号为基准，输出多路具有复杂逻辑关系、边沿时刻不断变换的脉冲信号。目前其校准方式采用设定3-5种特定工作状态，同时采用信号源、数字表、计时器、示波器等多种仪器组合，对边沿时间、脉冲幅值等常规参量进行校准，再根据给定值(滚动角、俯仰角)对应的特定弦宽信息，对弦宽信号进行校准。其中，信号源作为信号的发生装置发生SD信号和Ref信号，计时器进行上升沿和下降沿的触发计时，数字表进行信号幅值和频率的监测，示波器对地敏模拟器的输出CH信号(CH1～CH4)进行波形的采集，与设定的SD和Ref信号进行比对进行校准。如图1所示。然而，上述现有技术存在如下的缺点：1)整个校准系统同时采用信号源、数字表、计时器、示波器等多种仪器组合，所需设备种类、数量多；2)目前其校准方式采用设定3-5种特定工作状态，对地球敏感器模拟器的全过程参数测量点无法达到全覆盖，对动态特性无法验证；3)通过计数器和数字表及其他仪器设备对时基(SD信号)信号和示波器回读信号进行比对校准，不能实现自动化测量，需要由专业技术人员事先计算出特定点对应的理论数值，可操作性较差。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述的情况，提供一种能解决上述问题的在线校准装置，具体而言，本专利技术提供一种可重构红外地球敏感器模拟器在线校准装置，其特征在于：包括单片机，由单片机控制的FPGA，其中，FPGA输出SD和Ref脉冲信号给红外地球敏感器模拟器，模拟器反馈卫星姿态信号给FPGA。进一步地，其特征在于：还包括磁耦隔离电路和数字调理电路，所述FPGA输出的SD和Ref脉冲信号依次经过磁耦隔离电路和数字调理电路后传输到红外地球敏感器模拟器。进一步地，其特征在于：还包括光耦电路，所述模拟器反馈卫星姿态信号通过光耦电路后进入FPGA。进一步地，其特征在于：地球敏感器模拟器具有通用接口箱，所述SD和Ref脉冲信号及卫星姿态信号均通过通用接口箱输入或输出红外地球敏感器模拟器。进一步地，其特征在于：所述卫星的姿态信息矩形波信号CH1、CH2、CH3、CH4。进一步地，其特征在于：FPGA判断CH信号类型，并计算边沿时刻，解算出基于动力学设定的地敏角度值。进一步地，其特征在于：校准装置替代动力学送给模拟器仿真输入信息，所述信息包括：俯仰角P，滚动角R，宽窄扫描WS/NS信号，探头输出异常信号INH1～INH4，地球圆盘半径ρ。采用本专利技术的方案，具有如下的效果：1)本专利技术所支持的校准设备不仅能提升效率和质量，还能替代目前由多个设备组成的校准系统，有效降低成本。2)采用优化算法，可根据卫星姿态信息设定值直接回读反算出测量值并给出误差，支持卫星高轨和低轨卫星全部姿态的模拟过程。3)型号发射数量逐年攀升，型号测试校准工作压力陡增，本专利技术方案将有效支持红外地敏模拟器的快速、全过程、在线校准。附图说明图1为现有技术中地敏模拟器校准方法。图2为地敏模拟器校准装置信号连接图。图3为地敏模拟器校准框图。图4为地敏信号源时序图。图5为地敏信号源与Ch1～Ch4的时序图。图6为波形产生原理框图具体实施方式为了使本
人员更好的理解本专利技术，下面结合附图和实施方法对本专利技术作进一步的详细描述。图2-6示出了本专利技术的可重构红外地球敏感器模拟器在线校准装置，其对地球敏感器模拟器进行校准，所述地球敏感器模拟器具有通用接口箱，通用接口箱是用于地敏球敏感器模拟器和测试接口的转换装置。所述在线校准装置包括单片机(例如AVR)、FPGA、数字调理电路以及光耦电路。其中所述单片机控制FPGA产生SD(时基信号)和Ref脉冲信号，所述信号经过磁耦隔离电路和数字调理电路后将信号传入地球敏感器模拟器的通用接口箱。地敏模拟器包含了卫星的姿态信息矩形波信号CH1、CH2、CH3、CH4，(地球波微分信号)，并通过通用接口箱传出，进而通过电缆及光耦电路将CH信号传入FPGA。FPGA根据脉冲信号的信息，结合地敏角度转换算法，反解计算出地敏角度信息。具体来说，FPGA判断CH信号情况(如图5所示，CH信号分为5种情况，每种情况所包含的角度信息不同，则可以说明卫星相对于地球的位置信息)，并计算边沿时刻，解算出基于动力学设定的地敏角度值。校准装置计算设定值与解算出的角度值的差别，乘以权重系数，评定地敏模拟器可信度水平。其中单片机可通过CAN总线重置轨道参数。其中，优选地，校准装置替代动力学计算机送给模拟器仿真输入信息。信息包括：俯仰角P，滚动角R，宽窄扫描WS/NS信号，探头输出异常信号INH1～INH4，地球圆盘半径ρ。所述装置支持在线调整多个参数，输出标准时基信号，自动采集不同轨道高度条件下、不同运行模式下红外地敏模拟器输出的弦宽信号进行在线校准。如图3所示，通过校准装置上位机设置的需要校准的卫星俯仰角和滚动角信息给地敏模拟器，通过SD信号和Ref信号的共同匹配比对，使得地敏模拟器产生CH信号，校准装置通过FPGA采集CH信号和单片机控制反解算出CH信号中包含的地敏模拟器输出的俯仰角和滚动角的信息并与开始上位机设置的角度信息做比对运算，最终得到模型误差和信号误差。模型误差：校准装置的设置值与地敏模拟器的回读值(通过地敏模拟器发出的携带角度信息的CH信号经FPGA采集单片机反解算出角度值)进行比对，两组角度值比较做差得到的就是系统的模型误差。信号误差:通过SD(时基信号)信号和地敏模拟器发出的CH信号上升沿和下降沿时刻在时间上会滞后或超前存在一定的时序误差，如图中Δt，就是在相位上的信号波形误差。地敏信号的时序关系如图4和图5所示。在标称轨道高度、零姿态时，根据探测器位置不同，波形输出分为五种情况，SD时基信号与五种情况生成的波形时刻图如图5所示。如图所示，CH信号情况1：探头始终位于地球圆盘内；情况2：探头始终位于冷空间内；情况3：探头从圆盘内自西向东穿越地球圆盘右边界，之后反向再次穿越右边界回到地球圆盘内；情况4：探头从冷空间自西向东穿越地球圆盘左边界，之后反向再次穿越左边界进入冷空间；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可重构红外地球敏感器模拟器在线校准装置，其特征在于：包括单片机，由单片机控制的FPGA，其中，FPGA输出SD和Ref脉冲信号给红外地球敏感器模拟器，模拟器反馈卫星姿态信号给FPGA。

【技术特征摘要】
1.一种可重构红外地球敏感器模拟器在线校准装置，其特征在于：包括单片机，由单片机控制的FPGA，其中，FPGA输出SD和Ref脉冲信号给红外地球敏感器模拟器，模拟器反馈卫星姿态信号给FPGA。2.根据权利要求1所述的在线校准装置，其特征在于：还包括磁耦隔离电路和数字调理电路，所述FPGA输出的SD和Ref脉冲信号依次经过磁耦隔离电路和数字调理电路后传输到红外地球敏感器模拟器。3.根据权利要求1或2所述的在线校准装置，其特征在于：还包括光耦电路，所述模拟器反馈卫星姿态信号通过光耦电路后进入FPGA。4.根据权利要求1-3任一项所述的在线校准装置，其特征在于：地球敏感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟雷，王凯，张若琳，张明志，张宏，刘民，李峥，
申请(专利权)人：北京东方计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11