[發明專利]基于星上網的衛星姿態和軌道控制系統

有效

• 申請號: 200610086609.0
• 申請日: 2006-06-23
• 公開（公告）號: CN101093397A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 李孝同;施思寒
• 申請（專利權）人: 航天東方紅衛星有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種基于星上網的衛星姿態和軌道控制系統，特別是一種基于CAN總線的衛星姿態和軌道控制系統。

背景技術

目前衛星姿態和軌道控制實施方法均采用基于姿控中心計算機管理的集中控制方式，圖1給出一個典型小衛星姿態和軌道控制系統組成。如圖1所示，該系統以控制計算機為中心，用各種電纜與外圍接口電路箱、各種傳感器、執行機構分別連接，形成復雜的各自獨立的“箱體-電纜”結構。這種結構不僅制造復雜，重量和功耗較大，還帶來在軌突發事變應對不靈活和降低衛星生存能力等困難，不適于小衛星的進一步應用。

隨著控制和信息技術的發展，現場總線在20世紀80年代中期發展起來，伴隨的現場控制技術成為21世紀自動控制領域關注的一個焦點，正在形成現場控制系統(Field?Control?System，FCS)。現場總線不僅是一個網絡，而且是一個開放式控制系統。FCS的優點有望解決目前小衛星運行中許多自動化問題。在航天領域中如何實現FCS，在國內還沒有開始，在國外還少見報道。衛星上直接采用FCS，主要存在的問題：(1)如何將現有衛星姿態和軌道控制系統轉變成FCS；(2)如何構造星載FCS的敏感器和執行機構等部件，如何將現有星載敏感器和執行機構等部件變成適合FCS的部件；(3)如何構造星載FCS的控制回路，如何在衛星上實現FCS控制機理；(4)如何將現有衛星姿態和軌道控制系統各種控制模式及其切換機制轉變成適應FCS的方法；(5)如何制定星上網的協議，特別是制定應用層協議，適合衛星應用的高可靠、資源受限等特點的應用層協議，目前已有的各行業本身的應用層協議不能完全適于衛星的應用；(6)從衛星可靠性和安全性的要求，以及衛星不可返修的特點出發，如何設計FCS等問題。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供了一種基于星上網的衛星姿態和軌道控制系統，該系統解決了采用現場總線控制系統(FCS)的衛星姿態和軌道控制實施問題，提高了衛星姿態和軌道控制的可靠性、實時性、安全性，降低了衛星姿態和軌道控制系統的復雜程度和困難度。

本發明的技術解決方案：一種基于星上網的衛星姿態和軌道控制系統，其特點在于包括：星上網，星務調度單元，帶有微處理器的智能敏感器部件和帶有微處理器的智能執行機構，其中帶有微處理器的智能敏感器部件和帶有微處理器的智能執行部件可以根據需要進行增減。星務調度單元給某個指定的帶有微處理器的智能敏感器部件通過星上網發送獲取信息調令，該帶有微處理器的智能敏感器部件獲得調令后將其敏感的信息發送到星上網上從而使得星務調度單元獲得該信息，通過該種調令，獲得到各個帶有微處理器的智能敏感器的測量信息后，星務調度單元經過控制算法計算，通過星上網發送控制命令給某個指定的帶有微處理器的智能執行部件，帶有微處理器的智能執行部件獲得命令后執行從而使得星體動作，達到控制目的。

所述的星上網為完全獨立的雙冗余CAN(Controller?Area?Network)總線構成，這樣在物理上保證一條總線故障時，另一條總線仍可進行通信，確保了姿軌控回路的暢通、安全、可靠。

所述的帶有微處理器的智能敏感器包括傳感器探頭或光學部分、信號調理電路、管理單元MEU(Manage?Execute?Unit)及總線接口，傳感器探頭或光學部分敏感被測對象信號將其變成模擬信號，通過信號調理電路將被測到的模擬信號進行濾波、積分放大后，輸出至管理單元MEU進行模數轉換、數字信號處理，再通過總線接口將數據傳輸至星上網；此外，管理單元MEU可以通過指令對信號調理電路和傳感器探頭進行指令控制、參數設置、數據校正和自檢測維護等。

所述的帶有微處理器的智能執行部件包括執行機構、驅動電路、管理單元MEU和總線接口，總線接口獲得來自星上網的控制指令，送至管理單元MEU，管理單元MEU對接收到的控制指令進行判讀，解數據包，然后通過驅動電路驅動執機構動作。此外，管理MEU還具有自檢維護功能。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1))本發明由于在衛星姿態敏感器和執行機構中，嵌入專用微控制器，使其形成智能部件，作為星上網的通訊節點，并進入姿態和軌道控制回路，承擔衛星姿態和軌道控制過程中相應的工作，共同實現衛星姿態和軌道控制功能，因此，簡化了衛星姿態控制系統的復雜性，降低了衛星姿態控制系統的風險，提高了衛星姿態和軌道控制的可靠性、實時性和安全性。

(2)姿態控制和軌道控制回路使用星上網實現，勿需另外建立其專用控制回路，減少星上電纜的構建復雜程度，并有利于構建形成多種控制回路，供控制應用中選擇。