基于線陣紅外地球敏感器電信號(hào)產(chǎn)生裝置的模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及星載紅外地球敏感器的測(cè)試設(shè)備。具體涉及一種適用于線陣紅外地球 敏感器檢測(cè)手段，新型電激勵(lì)源的產(chǎn)生方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外地球敏感器，是基于地球紅外輻射敏感原理的衛(wèi)星姿態(tài)光學(xué)敏感器，可用于 航天器相對(duì)于地球局地垂線的俯仰、滾動(dòng)姿態(tài)角信號(hào)的測(cè)量、初始狀態(tài)時(shí)航天器對(duì)地球的 捕獲和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)航天器的姿態(tài)控制。
[0003] 根據(jù)紅外地球敏感器內(nèi)部是否含機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)，可分為掃描式和靜態(tài)兩類：其中 掃描式又可分為圓錐掃描式（單圓錐、雙圓錐）和擺動(dòng)掃描式兩種，而靜態(tài)則分為線陣和面 陣兩種。
[0004] 其中，線陣紅外地球敏感器中探測(cè)器位于光學(xué)系統(tǒng)的焦平面上，屬于凝視型結(jié)構(gòu)。 當(dāng)航天器運(yùn)行于地球上空時(shí)，從太空航天器上觀察地球時(shí)，得到相當(dāng)于在4K冷背景中的一 個(gè)平均亮溫約為220K~240K的圓盤(pán)，圓盤(pán)的邊緣稱為地平圓。航天器運(yùn)行于地球上空時(shí)， 紅外地球敏感器通過(guò)線列陣紅外探測(cè)器檢測(cè)地平圓的4個(gè)方位上14 μ m~16. 25 μ m波段 的地球紅外輻射能量，確定線列陣紅外探測(cè)器對(duì)應(yīng)地平圓4個(gè)點(diǎn)的方位角位置，根據(jù)之間 的幾何關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的測(cè)量，得到航天器相對(duì)于地球當(dāng)?shù)卮咕€的俯仰角和滾動(dòng)角。
[0005] 目前，我國(guó)研發(fā)了一款新型線陣列紅外地球敏感器采用典型設(shè)計(jì)，按"X"結(jié)構(gòu)對(duì)稱 排列四個(gè)探頭（光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)器組成，探測(cè)器位于光學(xué)系統(tǒng)焦平面上），滾動(dòng)軸與星體飛 行方向一致，而俯仰軸垂直與軌道面。A、B、C、D四個(gè)探頭與滾動(dòng)軸和俯仰軸成45°分布， 相鄰兩個(gè)探頭光軸夾角為90°。該款線陣列紅外地球敏感器具有以下特點(diǎn)：（1)精度小于 0. Γ (3 〇 ); (2)可適應(yīng)于軌道可變的飛行器；（3)可適應(yīng)于不同工作模式；（4)姿態(tài)最佳 狀態(tài)范圍可達(dá)到±20° (單軸）；（5)質(zhì)量輕、體積小、功耗低。
[0006] 因紅外地球敏感器在軌觀測(cè)對(duì)象為地球，地面無(wú)法直接進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。為了保證 在軌的正常、正確使用，地面對(duì)紅外地球敏感器進(jìn)行性能測(cè)試及半物理、全物理仿真是必然 的。現(xiàn)有手段主要有兩種形式，設(shè)計(jì)專用的地球模擬器（模擬光信號(hào)，提高光激勵(lì)源）和單 元測(cè)試設(shè)備（模擬電信號(hào)，提供電激勵(lì)源）。雖然地球模擬器模擬光信號(hào)的相似度更高，測(cè) 試覆蓋性更大，但其體積大、使用局限大，較多場(chǎng)合仍采用單元測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。這就要 求單元測(cè)試設(shè)備提供的電信號(hào)能夠具備較好的性能，匹配相應(yīng)紅外地球敏感器的測(cè)試和使 用需要。
[0007] 現(xiàn)有對(duì)電信號(hào)源性能參數(shù)與偏差要求如下：能夠覆蓋紅外地球敏感器測(cè)量的設(shè)計(jì) 軌道范圍，在任意軌道下電激勵(lì)信號(hào)姿態(tài)范圍均能夠覆蓋紅外地球敏感器測(cè)量范圍，同時(shí) 也滿足4/4, 3/4, 2/4等各種工作模式；姿態(tài)仿真精度：小于0. Γ ;各通道一致性：不大于 5% ;更新響應(yīng)時(shí)間不大于紅外地球敏感器解算頻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供基于線陣紅外地球敏感器電信號(hào)產(chǎn)生裝置的模擬方法，匹 配相應(yīng)紅外地球敏感器的性能測(cè)試、半物理仿真等，保證紅外地球敏感器在軌的正常、正確 使用。
[0009] 基于線陣紅外地球敏感器電信號(hào)產(chǎn)生裝置的模擬方法，其特征在于包括以下步 驟：
[0010] (1)、獲得任意穿越位置X，其值為n+x，n為其整數(shù)部分，X為其小數(shù)部分，X的范圍 為從0到N、不含N的任意數(shù)，其中N為線陣紅外地球敏感器探測(cè)器元數(shù)，其值為大于6的整 數(shù)；
[0011] (2)、根據(jù)線陣紅外地球敏感器提供的時(shí)序信號(hào)，其值為t，t為0到N-I的整數(shù)，和 穿越位置n+x，控制器按照以下情況計(jì)算D/A設(shè)置參數(shù)值并控制輸出，其中D/A轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)參 數(shù)值為k。，范圍為0到2"的整數(shù)，w為D/A轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，D/A轉(zhuǎn)換幅度參數(shù)值為k，范圍 為0到不大于
-的整數(shù)：
[0012] 當(dāng)t < n-2時(shí)，D/A設(shè)置參數(shù)值為k。;當(dāng)t = n-2時(shí)，D/A設(shè)置參數(shù)值為不大于 kQ+k-kx的最大整數(shù)；當(dāng)t = n-1時(shí)，D/A設(shè)置參數(shù)值為不大于k(j+2k-kx的最大整數(shù)；當(dāng)t > n-1時(shí)，D/A設(shè)置參數(shù)值為不大于'+2k的最大整數(shù)；
[0013] (3)、按步驟（1)和（2)，對(duì)A通道依次從0到N、間隔值為0.1設(shè)置穿越位置X，并 將模擬輸出的電信號(hào)注入線陣紅外地球敏感器中，由線陣紅外地球敏感器獲得該設(shè)置值下 該通道解算的穿越位置，其值為a x，并計(jì)算其與設(shè)置值的偏差，共10N+1組，計(jì)算所有偏差的 均值a。；
[0014] 從ae-0. 5到ae+0. 5、間隔值為0. 01依次取值as，計(jì)算滿足與所有偏差的平方平均 最小的as即為A通道適應(yīng)性修正參數(shù)，其值為Λ a ;
[0015] (4)、按步驟（3)，依次獲得B、C、D通道適應(yīng)性修正參數(shù)，其值對(duì)應(yīng)依次為Ab、Ac、 Δ d ；
[0016] (5)、在任意軌道高度下，根據(jù) 公式， 計(jì)算零姿態(tài)穿越位置的理論值L，其值為1，其中h為線陣紅外地球敏感器工作的軌道高度， 單位為km，Θ為地球敏感器每個(gè)像元的視場(chǎng)角，H。為線陣紅外地球敏感器設(shè)計(jì)的標(biāo)稱軌道 高度，單位為km ;
[0017] (6)、根據(jù)線陣紅外地球敏感器的軌道零位標(biāo)定表按以下方法進(jìn)行，獲得在理論值 為1時(shí)，A、B、C、D通道穿越位置標(biāo)定零位的值a。、b。、c。、d。;線陣紅外地球敏感器的軌道零 位標(biāo)定表的內(nèi)容為不同理論值L對(duì)應(yīng)的A通道穿越位置標(biāo)定零位A。、B通道穿越位置標(biāo)定 零位B。、C通道穿越位置標(biāo)定零位C。和D通道穿越位置標(biāo)定零位D。：
[0018] 若由步驟（5)獲得的1在該表中可查，則直接從表中獲得；
[0019] 若由步驟（5)獲得的1在表中不可查，則選取不大于1的最小組數(shù)據(jù)，這組數(shù)據(jù)的 理論值L和A、B、C、D通道穿越位置標(biāo)定零位A。、B。、C。、D。的值分別記為1 η ai、V Cl、Cl1，和 不小于1的最大組數(shù)據(jù)，這組數(shù)據(jù)的理論值L和A、B、C、D通道穿越位置標(biāo)定零位ApB^C。、 D。的值分別記為1 2、a2、b2、c2、d2。按以下公式，計(jì)算獲得：
[0020] CN 105136171 A IX m "ti 3/5 頁(yè)
[0021]
[0022] (7)、按如下公式，計(jì)算A、B、C、D通道穿越位置原始值，其值對(duì)應(yīng)依次為 ay, by, cy, dy：
[0023]
[0025] 其中p、r對(duì)應(yīng)依次分別為衛(wèi)星姿態(tài)俯仰角、滾動(dòng)角，Kp、K1^對(duì)應(yīng)依次分別為線陣紅 外地球敏感器俯仰軸、滾動(dòng)軸線性校準(zhǔn)參數(shù)；
[0026] (8)、按如下公式計(jì)算A、B、C、D通道穿越位置適應(yīng)性校正值，其值對(duì)應(yīng)依次為 aj，bj，cj，dj:
[0027] a]= a y+ Λ a，bj= b y+ Λ b，Cj= c y+ Λ c，(Ij= d y+ Λ d ;
[0028] (9)、根據(jù)線陣紅外地球敏感器A通道輻射量校正公式心進(jìn)行反算，其中：
[0029] fA(x) = a1x2+a2x+a3+b1*sin (2 π (x-b2))
[0030] 式中a2、&3分別為二次擬合的二次項(xiàng)系數(shù)、一次項(xiàng)系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)系數(shù)、b p匕分 別為正弦函數(shù)擬合的幅度系數(shù)、相位系數(shù)；
[0031] 從^-0. 5到^+0. 5、間隔值為0. 001依次取值Ia，最先滿足|fA(IA+0. 5)-IA|彡0. 0 1的Ia即為A通道穿越位置輻射量校正值，其值為a f;
[0032] (10)、按步驟（9)，依次獲得B、C、D通道穿越位置輻射量校正值，其值對(duì)應(yīng)依次為 b f, cf, df；
[0033] (11)、若％、匕、(^、屯大于0小于則寸，修正為0;若當(dāng)前地球敏感器的工作模式下 不需要某通道數(shù)據(jù)時(shí)，則將該通道修正為0 ;最終得到A、B、C、D通道穿越位置最終值A(chǔ)c0Bc0 C0、D0;
[0034] (12)、根據(jù)步驟（10)獲得的A、B、C、D通道穿越位置最終值A(chǔ)。、B。、C。、D。，按步驟 (1)和⑵相對(duì)應(yīng)A、B、C、D四路通道進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。
[0035] 所述的線陣紅外地球敏感器電信號(hào)產(chǎn)生裝置包括計(jì)算機(jī)、串口驅(qū)動(dòng)器、控制器和 四路D/A轉(zhuǎn)換器，其中：
[0036] 所述的串口驅(qū)動(dòng)器采用232串口驅(qū)動(dòng)器MAX232 ;
[0037] 所述的控制器采用微控制器、FPGA或處理器；
[0038] 所述的四路D/