專利名稱：一種星敏感器故障模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于衛(wèi)星故障物理仿真領(lǐng)域，涉及一種星敏感器故障的模擬系統(tǒng)，適用于衛(wèi)星控制系統(tǒng)故障診斷與處理的驗證。
背景技術(shù)：
星敏感器通過觀察恒星的方位以及亮度，查詢星歷表后確定衛(wèi)星的姿態(tài)信息，精度可達到角秒級。星敏感器是確定衛(wèi)星姿態(tài)信息的重要部件，當(dāng)星敏感器出現(xiàn)故障時必須能準(zhǔn)確的定位故障發(fā)生點和給出故障處理方案，避免影響衛(wèi)星的正常工作。因此星敏感器各種故障工況必須在地面進行充分的仿真和驗證，為衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面故障診斷和處理方法驗證提供充分的支持。 現(xiàn)有的衛(wèi)星控制系統(tǒng)中敏感器、執(zhí)行機構(gòu)和衛(wèi)星動力學(xué)關(guān)系全部采用數(shù)學(xué)模型，星敏感器的故障模擬僅采用敏感器的故障數(shù)學(xué)模型，首先故障的復(fù)雜性使得很難建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，也不能反映不同故障點的物理表征，并且缺乏星敏感器的實際遙測數(shù)據(jù)、故障模擬的有效性難以保證，其次星敏感器的故障主要由外部環(huán)境造成的，比如空間雜光的影響，衛(wèi)星抖動等因素，不能用數(shù)學(xué)仿真來實現(xiàn)，因此現(xiàn)有的故障模擬方法不能適應(yīng)衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面故障診斷和處理方法驗證的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種星敏感器故障模擬系統(tǒng)，實現(xiàn)了星敏感器的故障模擬功能，增強了在軌衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面故障診斷和處理技術(shù)驗證的真實性和可靠性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種星敏感器故障模擬系統(tǒng)，包括恒星模擬器、三軸轉(zhuǎn)臺、星敏感器、圖像采集和姿態(tài)計算模塊、氣浮平臺、轉(zhuǎn)臺控制模塊、恒星模擬器控制模塊和故障模擬控制模塊，星敏感器安裝在三軸轉(zhuǎn)臺上，恒星模擬器安裝在氣浮平臺上；故障模擬控制模塊發(fā)送指令給恒星模擬器控制模塊，恒星模擬器控制模塊接收到指令后驅(qū)動恒星模擬器進行太空星圖模擬，并且加入雜光干擾，生成帶噪聲的星圖；故障模擬控制模塊發(fā)送指令給轉(zhuǎn)臺控制模塊，轉(zhuǎn)臺控制模塊接收到指令之后驅(qū)動三軸轉(zhuǎn)臺抖動，并將三軸轉(zhuǎn)臺抖動的角度和抖動的角速度提供給故障模擬控制模塊；故障模擬控制模塊發(fā)送指令給圖像采集和姿態(tài)計算模塊，圖像采集和姿態(tài)計算模塊接收到指令之后給星敏感器發(fā)送采集指令，星敏感器對恒星模擬器生成的帶噪聲的星圖成像，并將所述星圖成像結(jié)果和星敏感器自身的遙測數(shù)據(jù)發(fā)送給圖像采集和姿態(tài)計算模塊，圖像采集和姿態(tài)計算模塊接收星圖成像結(jié)果后計算模擬的衛(wèi)星姿態(tài)，然后將該模擬的衛(wèi)星姿態(tài)數(shù)據(jù)和星敏感器自身的遙測數(shù)據(jù)發(fā)送給故障模擬控制模塊。所述三軸轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)抖動模擬，氣浮平臺用于隔離外部震動對恒星模擬器的影響。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(I)本發(fā)明提出星敏感器故障模擬系統(tǒng)具有模擬效果真實、故障注入手段全面、實時性好、精度高、試驗可操作性強，能夠同時模擬雜光干擾、背景噪聲、長時間飄移的特點；(2)本發(fā)明把星敏感器的故障原因劃分為外部環(huán)境造成的星敏感器測量結(jié)果不準(zhǔn)確(故障)和衛(wèi)星本體姿態(tài)抖動造成的星敏感器測量結(jié)果不準(zhǔn)確(故障)，便于對故障原因的分析和故障點的精確定位。并且本系統(tǒng)具有星敏感器故障實時、多次復(fù)現(xiàn)的能力，對星敏感器的狀態(tài)信息實時監(jiān)控。


圖I為本發(fā)明系統(tǒng)架構(gòu)示意具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行進一步的詳細描述。本發(fā)明提供了一種星敏感器故障模擬系統(tǒng)，用于衛(wèi)星故障診斷與處理方法地面仿真驗證，給衛(wèi)星上星敏感器輸出信號人為加噪聲、長期飄移，使得在地面上模擬在軌衛(wèi)星上的星敏感器真實故障特性，克服了傳統(tǒng)的故障模擬試驗系統(tǒng)通用性差、非實時、逼真度低的特點。因此，可以應(yīng)用于在軌航天器地面故障診斷和容錯控制系統(tǒng)的地面物理仿真試驗，確保在軌航天器故障診斷系統(tǒng)的有效性，提高地面仿真試驗的可信度。如圖I所示，本發(fā)明提供了一種星敏感器故障模擬系統(tǒng)，包括恒星模擬器、三軸轉(zhuǎn)臺、星敏感器、圖像采集和姿態(tài)計算模塊、氣浮平臺、轉(zhuǎn)臺控制模塊、恒星模擬器控制模塊和故障模擬控制模塊，星敏感器安裝在三軸轉(zhuǎn)臺上，恒星模擬器安裝在氣浮平臺上；星敏感器實現(xiàn)光學(xué)成像，恒星模擬器實現(xiàn)太空星圖模擬、三軸轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)抖動模擬，氣浮平臺用于隔離外部震動對恒星模擬器的影響，故障模擬控制模塊實現(xiàn)整個系統(tǒng)各個模塊的配置、故障模式配置和故障模擬流程控制。故障模擬控制模塊發(fā)送指令給恒星模擬器控制模塊，恒星模擬器控制模塊接收到指令后驅(qū)動恒星模擬器進行太空星圖模擬，并且加入雜光干擾，生成帶噪聲的星圖；故障模擬控制模塊發(fā)送指令給轉(zhuǎn)臺控制模塊，轉(zhuǎn)臺控制模塊接收到指令之后驅(qū)動三軸轉(zhuǎn)臺抖動，用于模擬衛(wèi)星姿態(tài)抖動，并將三軸轉(zhuǎn)臺抖動的角度和抖動的角速度提供給故障模擬控制模塊；故障模擬控制模塊發(fā)送指令給圖像采集和姿態(tài)計算模塊，圖像采集和姿態(tài)計算模塊接收到指令之后給星敏感器發(fā)送采集指令，星敏感器對恒星模擬器生成的帶噪聲的星圖成像，并將所述星圖成像結(jié)果和星敏感器自身的遙測數(shù)據(jù)發(fā)送給圖像采集和姿態(tài)計算模塊，圖像采集和姿態(tài)計算模塊接收星圖成像結(jié)果后計算模擬的衛(wèi)星姿態(tài)，然后將該模擬的衛(wèi)星姿態(tài)數(shù)據(jù)和星敏感器自身的遙測數(shù)據(jù)發(fā)送給故障模擬控制模塊，這樣也就是實現(xiàn)了星敏感器故障的模擬，本發(fā)明中所謂星敏感器的故障，并不是指星敏感器硬件電路或者光學(xué)系統(tǒng)器件的故障，而是指星敏感器測量結(jié)果不準(zhǔn)確，用以模擬星敏感器在軌時的實際情況。同時，當(dāng)衛(wèi)星在軌運行時，衛(wèi)星上的星敏感器對恒星成像生成星圖時，必然會受到空間雜光的影響，因此，本系統(tǒng)中的恒星模擬器也加入了雜光。氣浮平臺用于隔離外部震動對恒星模擬器的影響，使得恒星模擬器的噪聲來源僅僅為雜光，便于分析。
本發(fā)明中恒星模擬器采用高精度大口徑靜態(tài)可變目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)源。主要由可變星相分布甚高精密靶標(biāo)和可變星等弱目標(biāo)模擬照明系統(tǒng)兩部分組成。靶標(biāo)由基底遮光膜上按一定坐標(biāo)位置分布的121個圓形通孔構(gòu)成；通過單點可控星圖模擬矩陣式LED照明系統(tǒng)，在靶標(biāo)上可形成不同的星圖；星的等級依據(jù)光亮度由恒星模擬器控制模塊設(shè)定。本發(fā)明中的三軸轉(zhuǎn)臺主要是根據(jù)轉(zhuǎn)臺控制模塊的指令下實現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)抖動。三軸轉(zhuǎn)臺的臺體由基座、外環(huán)、中環(huán)、內(nèi)環(huán)軸組成，三軸均可進行360度連續(xù)全回轉(zhuǎn)，星敏感器安裝在轉(zhuǎn)臺的內(nèi)環(huán)平臺上。本發(fā)明中的氣浮臺用于安裝和支撐恒星模擬器，保證恒星模擬器光路不受外部震動影響，選用了 ZDT型自動平衡精密隔振光學(xué)平臺。隔振支撐采用超薄復(fù)合材料氣囊、自定心準(zhǔn)無摩擦球頭擺桿和帶附加擴散口的多小孔準(zhǔn)層流阻尼技術(shù)，隔振性能良好。自動水平、白動充氣，靜音空氣壓縮機氣源，噪聲低。本發(fā)明中的星敏感器實現(xiàn)光學(xué)成像，由光學(xué)系統(tǒng)模塊和電路處理系統(tǒng)模塊組成，光學(xué)系統(tǒng)模塊采用兩反射鏡加孔徑校正器的光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)型式，鏡頭承力采用一種模塊集 成一體化的結(jié)構(gòu)布局方案。電路處理系統(tǒng)模塊，通過CCD敏感元件采集視頻信號，進行去直流、放大、增益變換、采樣保持、AD轉(zhuǎn)換處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送給圖像采集和姿態(tài)計算模塊。本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種星敏感器故障模擬系統(tǒng)，其特征在于包括恒星模擬器、三軸轉(zhuǎn)臺、星敏感器、圖像采集和姿態(tài)計算模塊、氣浮平臺、轉(zhuǎn)臺控制模塊、恒星模擬器控制模塊和故障模擬控制模塊，星敏感器安裝在三軸轉(zhuǎn)臺上，恒星模擬器安裝在氣浮平臺上； 故障模擬控制模塊發(fā)送指令給恒星模擬器控制模塊，恒星模擬器控制模塊接收到指令后驅(qū)動恒星模擬器進行太空星圖模擬，并且加入雜光干擾，生成帶噪聲的星圖；故障模擬控制模塊發(fā)送指令給轉(zhuǎn)臺控制模塊，轉(zhuǎn)臺控制模塊接收到指令之后驅(qū)動三軸轉(zhuǎn)臺抖動，并將三軸轉(zhuǎn)臺抖動的角度和抖動的角速度提供給故障模擬控制模塊； 故障模擬控制模塊發(fā)送指令給圖像采集和姿態(tài)計算模塊，圖像采集和姿態(tài)計算模塊接收到指令之后給星敏感器發(fā)送采集指令，星敏感器對恒星模擬器生成的帶噪聲的星圖成 像，并將所述星圖成像結(jié)果和星敏感器自身的遙測數(shù)據(jù)發(fā)送給圖像采集和姿態(tài)計算模塊，圖像采集和姿態(tài)計算模塊接收星圖成像結(jié)果后計算模擬的衛(wèi)星姿態(tài)，然后將該模擬的衛(wèi)星姿態(tài)數(shù)據(jù)和星敏感器自身的遙測數(shù)據(jù)發(fā)送給故障模擬控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種星敏感器故障模擬系統(tǒng)，其特征在于所述三軸轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)抖動模擬，氣浮平臺用于隔離外部震動對恒星模擬器的影響。
全文摘要
一種星敏感器故障模擬系統(tǒng)，包括恒星模擬器、三軸轉(zhuǎn)臺、星敏感器、氣浮平臺、轉(zhuǎn)臺控制模塊、恒星模擬器控制模塊、圖像采集和姿態(tài)計算模塊、故障模擬控制模塊；星敏感器實現(xiàn)光學(xué)成像，恒星模擬器實現(xiàn)太空星圖模擬、三軸轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)抖動模擬，氣浮平臺隔離外部震動對恒星模擬器的影響，圖像采集和姿態(tài)計算模塊實現(xiàn)圖像采集和處理并計算出衛(wèi)星姿態(tài)，故障模擬控制模塊實現(xiàn)整個系統(tǒng)各個模塊的配置、故障模式配置和故障模擬流程控制。本發(fā)明可實現(xiàn)星敏感器的故障模擬，通過恒星模擬器模擬星空的外部環(huán)境實現(xiàn)雜光干擾產(chǎn)生星敏感器故障，通過控制轉(zhuǎn)臺的運動實現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)抖動對星敏感器的故障模擬。
文檔編號G01C25/00GK102735264SQ20121021137
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者唐強, 張軍, 朱志斌, 王南華, 邢琰 申請人:北京控制工程研究所