小卫星信号处理单元模拟器设计

　　0　引　　言

　　20世纪80年代中后期,世界航天界兴起了发展小卫星的热潮,现代小卫星以一种全新的概念出现[1]。现代小卫星以其重量轻、成本低、研制周期短和便于发射等特点,得到越来越广泛的应用。

　　卫星姿态轨道控制分系统(以下简称姿轨控系统)是卫星平台的重要组成部分,由测量敏感器、执行机构和姿态轨道控制器3部分组成,用来完成卫星的姿态指向和轨道的确定[2]。

　　在小卫星姿轨控系统中,通过卫星中心计算机获取测量敏感器(如太阳敏感器等)的数据以判断卫星姿态,同时通过中心计算机对卫星执行器件(如飞轮、磁力矩器等)的控制来调整卫星姿态。卫星信号处理单元是卫星中心计算机与飞轮、磁力矩器和太阳敏感器等卫星部件进行数据交换的桥梁,他将中心计算机的指令和数据处理后传送给卫星飞轮、磁力矩器和太阳敏感器等部件,同时将卫星飞轮、磁力矩器和太阳敏感器等部件的信号处理单元后传送给中心计算机。小卫星信号处理单元接口关系图如图1所示。

　　在小卫星姿轨控闭环仿真测试系统中,一般用模拟器代替测量敏感器、执行机构和信号处理单元,实现卫星仿真测试。小卫星姿轨控仿真测试系统框图如图2所示。国内相关研究大多集中在控制器的姿态轨道控制算法的研究,目前尚没有针对信号处理单元模拟器的研究工作。针对小卫星闭环仿真测试过程中对信号处理单元的模拟需求,本文开发了一种小卫星信号处理单元模拟器。

　　小卫星姿轨控仿真测试系统中,信号处理单元模拟器用来模拟真实卫星信号处理单元的工作过程和时序,替代卫星信号处理单元进行中心计算机、动力学计算机和调度计算机与飞轮、磁力矩器和太阳敏感器等设备之间的数据交换。小卫星信号处理单元模拟器用1块电路板模拟真实信号处理单元对4个飞轮、3个太阳敏感器和3个磁力矩器的数据处理过程,同时通过模型解算模拟卫星飞轮和磁力矩器的数据输出。

　　1　功能及技术指标

　　信号处理单元模拟器功能如下:

　　1)模拟真实信号处理单元处理太阳敏感器(2个数字太阳和1个0-1太阳)、4个飞轮和3个磁力矩器的数据处理流程与工作时序;

　　2)模拟飞轮模型和磁力矩器模型的解算过程;

　　3)模拟飞轮、磁力矩器、太阳敏感器的故障。

　　信号处理单元模拟器技术指标如下:

　　1)2个CAN接口(主、备CAN,实现模拟器与中心计算机通信),接口满足CAN 2.0B规范。

　　2)2个RS485输入接口: S_RS485(动力学计算机数据到信号处理单元模拟器的数据传输接口,模拟器通过该接口接收动力学计算机注入的动力学数据);G_RS485(调度计算机数据到信号处理单元模拟器的数据传输接口,模拟器通过该接口接收来自调度计算机的故障数据)。