用于卫星姿轨控通用综合测试的飞轮信号采集设备制造技术

本发明专利技术提供了一种用于卫星姿轨控通用综合测试的飞轮信号采集设备，包括：飞轮角动量计算模块根据飞轮的真实的转向信号α、转速信号Ω，计算得到飞轮基准坐标系下飞轮单机的角动量及变化率。星体系下角动量计算模块根据飞轮单机的角动量、变化率以及在卫星的布局关系得到对应的安装矩阵M，从而得出飞轮在卫星本体坐标系ox

【技术实现步骤摘要】
用于卫星姿轨控通用综合测试的飞轮信号采集设备
本专利技术卫星姿轨控系统测试领域，涉及了一种卫星姿轨控通用综合测试的飞轮信号采集设备。
技术介绍
卫星姿轨控分系统的测试工作是确保系统功能和性能符合整星任务要求的主要手段，是卫星研制中的重要环节。飞轮作为高精度的卫星姿态控制执行机构，是卫星姿轨控分系统的重要组成部分。而在地面姿轨控分系统测试过程中，飞轮的状态变化多，不同型号的卫星对飞轮的需求不同，这就导致测试中飞轮的信号采集及引入动力学的设计状态复杂，占用了大量的人力及设备资源，严重影响了卫星的研制效率及成本。因此，需要形成通用型的飞轮信号采集设备，以适用多型号的卫星姿轨控分系统的测试。对卫星姿轨控测试的飞轮信号采集设备进行了调研。王玉峰、谢军、王浩在“基于ATML标准的卫星控制系统通用化测试平台”(见《空间控制技术与应用》，2013年，06期，页码29-33)论文中提出一种标准的测试平台实现方案，文中提到将通用测试平台分为通用测试站、测试适配器、综合开发及运行环境三部分。通过ATML标准及面向信号的系统描述方式，使得测试需求和测试能力解耦。该文并未介绍通用化的飞轮信号采集设备。专利文献“小卫星姿态控制可靠性验证的仿真测试设备及其测试方法”(CN101344788A)中，介绍了卫星姿态控制可靠性验证的仿真测试设备及测试方法。专利中提出姿态控制系统的地面测试需对执行机构的信息进行采集，但未涉及具体的飞轮信号采集设备。专利文献“基于星上网的卫星姿态控制地面仿真测试系统及其测试方法”(CN101093387A)中，提出了一种测量传感器信号模拟方法。专利中提到，执行部件将实际的执行信息传递给地面动力学用于卫星姿态信息计算。但该方法中并未涉及到真实的飞轮的位置、转速等信号采集后传递到动力学的具体步骤。专利文献“一种卫星的姿态控制地面仿真测试系统”(CN105974907A)中，提供一种卫星的姿态控制地面仿真测试系统，包括了控制设备、仿真设备和采集模拟设备的硬件功能及实现的描述，但未涉及具体的飞轮信号采集设备。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于卫星姿轨控通用综合测试的飞轮信号采集设备。根据本专利技术提供的一种用于卫星姿轨控通用综合测试的飞轮信号采集设备，包括：动力学计算机和串口通信板卡；所述串口通信板卡安装在所述动力学计算机上，并通过连接电缆与飞轮的地测接口连接，获取飞轮真实的转向信号α、转速信号Ω；所述动力学计算机包括：飞轮角动量计算模块：根据飞轮的真实的转向信号α、转速信号Ω，计算得到飞轮基准坐标系下飞轮单机的角动量及变化率；星体系下角动量计算模块：根据飞轮单机的角动量、变化率以及在卫星的布局关系得到对应的安装矩阵M，从而得出飞轮在卫星本体坐标系oxbybzb中的角动量Hb，从而得到飞轮组合在卫星本体坐标系oxbybzb中的角动量H∑；地面动力学姿态仿真模块：根据角动量H∑得到卫星姿态与卫星受到的飞轮控制力矩之间的关系。优选地，所述串口通信板卡包括：标准422通信板卡，采用PXI板卡接口，标准422通信板卡的接口特性遵循EIARS-422标准规范，底层通信协议可配置，默认波特率为115200bps，奇校验，共用数据接收缓存区、数据发送缓存区，空间不小于1024字节。优选地，所述飞轮角动量计算模块包括：飞轮转子的转轴方向与飞轮基准坐标系oRxRyRzR的oRzR一致，JR为飞轮的内转子惯量，在飞轮基准坐标系中，角动量及变化率为：优选地，所述星体系下角动量计算模块包括：Hb＝MThRMT为飞轮组合基准坐标系到卫星本体坐标系的转换矩阵组合阵。优选地，飞轮组合在卫星本体坐标系oxbybzb中的角动量H∑为：i为飞轮序号，n为飞轮总数。优选地，所述地面动力学姿态仿真模块包括：飞轮组合产生的合成力矩T∑为：引入飞轮控制力矩的卫星动力学方程为：I、ω分别为星体坐标系下的卫星惯量、惯性角速度以及姿态角。优选地，所述串口通信板卡通过标准数字串口通信，按照飞轮的通信协议，从飞轮的地测接口获取飞轮真实的转向信号α、转速信号Ω。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术以模块化的方式设计了飞轮信号的采集和传递过程，组成简单，各个模块可根据具体需求修改参数，以适应多类型卫星任务和多型号的飞轮，具有很好的通用性，可适应卫星姿轨控分系统的综合测试。可根据飞轮的型号和卫星的工作模式修改模块的配置参数，具备良好的通用性。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为用于卫星姿轨控通用综合测试的飞轮信号采集设备框图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术提供的一种用于卫星姿轨控通用综合测试的飞轮信号采集设备，包括：动力学计算机和串口通信板卡。动力学计算机的主要作用是运行多个计算模块，完成数据通信。动力学计算机的硬件包括零槽控制器、机箱和拓展接口。动力学计算机支持实时操作系统运行，具备多类板卡拓展功能，支持标准422通信板卡和标准232通信板卡的扩展。标准422通信板卡安装在动力学计算机上，采用PXI板卡接口，便于插拔和替换。板卡的接口特性遵循EIARS-422标准规范，底层通信协议可配置，默认波特率为115200bps，奇校验；共用数据接收缓存区、数据发送缓存区，空间不小于1024字节。通过电缆将标准422通信板卡与星敏感器的地测接口连接，完成了星敏感器的模拟信号发送；星敏感器将收到的数据当作自身的测量结果，按照卫星约定的格式发送至姿轨控分系统的控制计算机，用于后续的综合测试。动力学计算机包括：1、飞轮角动量计算模块飞轮角动量计算模块在动力学计算机中，主要完成单个飞轮的角动量计算。根据飞轮的地测接口通信协议将飞轮真实的转向信号α、转速信号Ω信号发送至姿轨控分系统。基于飞轮的真实的转向信号α、转速信号Ω，根据飞轮的工作原理可以计算得到飞轮基准坐标系下的单机角动量及其变化率。定义飞轮基准坐标系oRxRyRzR，为飞轮转子的转轴方向与oRzR一致。JR为飞轮的内转子惯量，则在飞轮基准坐标系中，飞轮角动量及其变化率为：2、星体系下角动量计算模块根据飞轮在整星的布局关系可以得到对应的安装矩阵M，从而得出飞轮在卫星本体坐标系oxbybzb中的角动量Hb为：Hb＝MThR。考虑到卫星上多配置多台飞轮完成三轴姿态控制，因此可以推广得到飞轮组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于卫星姿轨控通用综合测试的飞轮信号采集设备，其特征在于，包括：动力学计算机和串口通信板卡；/n所述串口通信板卡安装在所述动力学计算机上，并通过连接电缆与飞轮的地测接口连接，获取飞轮真实的转向信号α、转速信号Ω；/n所述动力学计算机包括：/n飞轮角动量计算模块：根据飞轮的真实的转向信号α、转速信号Ω，计算得到飞轮基准坐标系下飞轮单机的角动量及变化率；/n星体系下角动量计算模块：根据飞轮单机的角动量、变化率以及在卫星的布局关系得到对应的安装矩阵M，从而得出飞轮在卫星本体坐标系ox

【技术特征摘要】
1.一种用于卫星姿轨控通用综合测试的飞轮信号采集设备，其特征在于，包括：动力学计算机和串口通信板卡；
所述串口通信板卡安装在所述动力学计算机上，并通过连接电缆与飞轮的地测接口连接，获取飞轮真实的转向信号α、转速信号Ω；
所述动力学计算机包括：
飞轮角动量计算模块：根据飞轮的真实的转向信号α、转速信号Ω，计算得到飞轮基准坐标系下飞轮单机的角动量及变化率；
星体系下角动量计算模块：根据飞轮单机的角动量、变化率以及在卫星的布局关系得到对应的安装矩阵M，从而得出飞轮在卫星本体坐标系oxbybzb中的角动量Hb，从而得到飞轮组合在卫星本体坐标系oxbybzb中的角动量H∑；
地面动力学姿态仿真模块：根据角动量H∑得到卫星姿态与卫星受到的飞轮控制力矩之间的关系。


2.根据权利要求1所述的用于卫星姿轨控通用综合测试的飞轮信号采集设备，其特征在于，所述串口通信板卡包括：
标准422通信板卡，采用PXI板卡接口，标准422通信板卡的接口特性遵循EIARS-422标准规范，底层通信协议可配置，默认波特率为115200bps，奇校验，共用数据接收缓存区、数据发送缓存区，空间不小于1024字节。


3.根据权利要求1所述的用于卫星姿轨控通用综合测试的飞轮信号采集设备，其特征在于，所述飞轮角动量计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘培玲，洪振强，徐增，关欣，邓泓，王田野，栗双岭，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31