[發(fā)明專利]一種基于光信號(hào)的整星級恒星敏感器測試系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2018-08-08
• 公開（公告）號(hào): CN109029504B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙晨;邱樂德;段傳輝;胡冠松;閻凱;劉杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空間技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

一種基于光信號(hào)的整星級恒星敏感器測試系統(tǒng)及方法，該方法是在整星級測試時(shí)，通過在恒星敏感器光學(xué)探頭部分安裝動(dòng)態(tài)星模，實(shí)現(xiàn)基于光信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸，從而與地面測試系統(tǒng)配合，完成恒星敏感器的開路測試與閉路測試。該方法可以完整的考核到從恒星敏感器光學(xué)探頭到控制計(jì)算機(jī)的通路，不跳過任何一個(gè)部件，并通過數(shù)管上行指令注入命令與動(dòng)力學(xué)指令的配合，實(shí)現(xiàn)高精度的以恒星敏感器為輸入的整星級控制分系統(tǒng)閉路測試，可以精確地進(jìn)行對恒星敏感器的輸入與輸出的比對，并查看在星敏控制模式中的恒星敏感器運(yùn)行情況，解決了以往整星測試中無法全面的驗(yàn)證恒星敏感器從光學(xué)探頭到控制計(jì)算機(jī)傳輸通路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器整星級綜合測試領(lǐng)域，涉及一種利用動(dòng)態(tài)星模完成整星級恒星敏感器開路測試與閉路測試的方法，主要應(yīng)用于整星級控制分系統(tǒng)測試中。

背景技術(shù)

恒星敏感器是根據(jù)雙矢量定姿原理，通過敏感恒星輻射來測定衛(wèi)星相對于慣性坐標(biāo)系的三軸姿態(tài)，是衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的重要組成部分，它為系統(tǒng)提供衛(wèi)星姿態(tài)數(shù)據(jù)，并可以修正陀螺漂移。恒星敏感器一般包括星敏線路盒和星敏光學(xué)探頭。

以往整星級的控制分系統(tǒng)中關(guān)于恒星敏感器的測試，或是通過模擬星敏線路盒電信號(hào)，將對應(yīng)的星敏四元數(shù)通過電纜直接發(fā)送給星上計(jì)算機(jī)，或是模擬經(jīng)星敏光學(xué)探頭的星圖數(shù)據(jù)輸出格式，將星圖數(shù)字信號(hào)傳送給星敏線路盒，進(jìn)而引入控制分系統(tǒng)姿態(tài)控制，測試范圍都沒有覆蓋到星敏光學(xué)探頭。另外還有采用靜態(tài)星模的測試方法，將其安裝于恒星敏感器光學(xué)探頭上，模擬真正的星圖光信號(hào)，然而靜態(tài)星模與控制推進(jìn)地面測試系統(tǒng)分離，通過專業(yè)人員手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)星模探頭，僅能查看星敏在當(dāng)前時(shí)刻固定指向的靜態(tài)響應(yīng)是否正確。

可以看出，不論采用以上哪種方法，都無法覆蓋到從星敏光學(xué)探頭到線路盒再到星上控制計(jì)算機(jī)的整個(gè)通路的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求。雖然可以通過靜態(tài)星模專項(xiàng)測試覆蓋到星敏探測全通路，但無法進(jìn)行精確的數(shù)值比對，而且無法驗(yàn)證星敏在閉路測試中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于：提供了一種基于光信號(hào)的整星級恒星敏感器測試系統(tǒng)及方法，通過開路測試與閉路測試，可以精確地進(jìn)行對恒星敏感器的輸入與輸出的比對，并查看在星敏控制模式中的恒星敏感器運(yùn)行情況，解決了以往整星測試中無法全面的驗(yàn)證恒星敏感器從光學(xué)探頭到控制計(jì)算機(jī)傳輸通路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于光信號(hào)的整星級恒星敏感器測試系統(tǒng)，包括地面測試系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)星模；動(dòng)態(tài)星模，包括：光學(xué)探頭、電子星圖計(jì)算機(jī)；

測試對象為恒星敏感器；整星級測試時(shí)，將動(dòng)態(tài)星模的光學(xué)探頭安裝在恒星敏感器光學(xué)探頭遮光罩上，動(dòng)態(tài)星模的電子星圖計(jì)算機(jī)接入地面測試系統(tǒng)，地面測試系統(tǒng)中預(yù)存的動(dòng)力學(xué)軟件根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)，計(jì)算動(dòng)力學(xué)星敏四元數(shù)，將動(dòng)力學(xué)星敏四元數(shù)傳輸給動(dòng)態(tài)星模的電子星圖計(jì)算機(jī)；動(dòng)態(tài)星模計(jì)算機(jī)將動(dòng)力學(xué)星敏四元數(shù)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為星空圖像；動(dòng)態(tài)星模光學(xué)探頭將星空圖像放映于恒星敏感器遮光罩內(nèi)，模擬真實(shí)星空；

使用動(dòng)態(tài)星模對恒星敏感器測試時(shí)，包括開路測試與閉路測試。其中，開路測試為：地面測試系統(tǒng)通過動(dòng)力學(xué)指令設(shè)置動(dòng)力學(xué)星敏四元數(shù)，與星上恒星敏感器反饋的四元數(shù)遙測進(jìn)行計(jì)算，得到安裝校準(zhǔn)矩陣；將安裝校準(zhǔn)矩陣送至動(dòng)態(tài)星模的電子星圖計(jì)算機(jī)；動(dòng)態(tài)星模的電子星圖計(jì)算機(jī)矯正動(dòng)態(tài)星模的光學(xué)探頭安裝所帶來的偏差，對偏差矯正后的動(dòng)力學(xué)星敏四元數(shù)與星上恒星敏感器反饋的四元數(shù)遙測的差值的絕對值進(jìn)行判斷，若差值的絕對值小于等于設(shè)定的閾值(閾值優(yōu)選0.001)，則判定星敏的開路測試正常，否則判定星敏的開路測試不正常；

閉路測試為：地面測試系統(tǒng)通過動(dòng)力學(xué)指令設(shè)置衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)軌道與時(shí)間，將動(dòng)力學(xué)軌道遞推一段時(shí)間得到星上軌道，然后通過衛(wèi)星的數(shù)管指令配合遙控指令向衛(wèi)星的控制計(jì)算機(jī)注入星上軌道與時(shí)間，注入后，星上轉(zhuǎn)為采用星敏控姿的模式，查看恒星敏感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，根據(jù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行判斷，若衛(wèi)星的姿態(tài)收斂且滿足控制精度要求，則判定閉路測試工作正常，否則，判定閉路測試工作不正常。

恒星敏感器測試的閉路測試中，將動(dòng)力學(xué)軌道遞推一段時(shí)間得到星上軌道，具體方法為：