CN103017736A - 一种确定卫星星敏感器数据曝光时刻的方法 - Google Patents

Abstract

一种确定卫星星敏感器数据曝光时刻的方法，步骤为：(1)在星载计算机上通过软件将硬件计数器配置成为脉冲发生器，定时产生PPS脉冲发送给星敏感器作为同步脉冲信号；(2)周期性处理脉冲发生器的递减计数，并通过该计数值计算PPS脉冲发出到当前时刻的间隔；(3)星敏感器记录当前数据的曝光时刻相对于当前PPS脉冲的时间datation，并将此作为一部分数据传输给星载计算机，星载计算机在使用星敏感器数据进行定姿时分别读取当前时刻的星时和脉冲发生器的计数值，并根据星敏数据的datation及PPS脉冲个数即可精确的得出星敏感器数据的曝光时刻。本发明方法可在不增加星上硬件的情况下精确获取星敏感器数据的曝光时刻。

Description

一种确定卫星星敏感器数据曝光时刻的方法

技术领域

本发明涉及一种星敏感器，特别是一种高轨道卫星用星敏感器的通讯与数据处理方法。

背景技术

星敏感器是目前卫星应用中精度最高的姿态测量部件。到目前为止，星敏感器在中低轨道卫星中已有较为广泛的应用。星敏感器姿态测量的高精度，一方面取决于星敏感器本身的测量精度，一方面取决于卫星姿态计算方法的精度。由于星敏感器的定姿主要依赖于镜头曝光成像的星图信息，因此，星上计算机与星敏感器通讯过程中取到的姿态数据必然对应的是当前时间之前某一刻的姿态，该时间即是图像曝光的中心时刻，该时间与当前时间的差值，是决定星敏感器定姿精度的重要因素。

对于中低轨道卫星而言，为精确计算该时间差，一般都采用额外的外部时间基准，如采用GPS作为星敏感器的同步时钟基准，或者增加外部中断记录同步时间。

但是对与高轨道卫星应用而言，一方面目前高轨道卫星还没有使用GPS，更谈不上利用GPS秒脉冲；另一方面，高轨道卫星中断较多，如果再使用PPS脉冲中断，将会使高轨道卫星的时序逻辑复杂化，不利于软件的结构设计及时序分析。

因此对于高轨道卫星，如何精确获取星敏感器曝光时刻与当前时间的时间差以提高星敏感器的定姿精度成为了一个难题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种确定卫星星敏感器数据曝光时刻的方法，该方法简单、计算精度高，通过充分利用星上现有资源，在不增加星上硬件的情况下，不通过中断即可精确的获取星敏感器数据的曝光时刻。

本发明的技术解决方案是：一种确定卫星星敏感器数据曝光时刻的方法，步骤如下：

(1)在星载计算机上通过软件将硬件计数器配置成为脉冲发生器，间隔时间T产生PPS脉冲，PPS脉冲发送给星敏感器作为星敏感器的同步脉冲信号；在星载计算机的每个控制周期，硬件计数器的计数值从初始固定值开始递减，计数的时间间隔为T；

(2)为星敏感器配置一个初始值为0的PPS计数器，星敏感器每接收到一个PPS脉冲，PPS计数器的计数值加1；

(3)星载计算机在每一个控制周期内与星敏感器通讯，获取来自星敏感器的姿态数据；当在控制周期内接收到星敏感器的一组姿态数据时，星载计算机获取脉冲发生器的当前计数值、当前的绝对星时时刻Ta、PPS计数器的当前计数值以及该组姿态数据的曝光时刻与对应的PPS秒脉冲的时间间隔datation，并计t_pps＝Ta-(脉冲发生器的初始值-脉冲发生器的当前计数值)；

(4)判断当前控制周期获取的姿态数据包中的PPS脉冲计数值与上一个控制周期获取的姿态数据包中的PPS脉冲计数值是否相等，如果不相等则计算得到当前周期星敏感器姿态数据对应的曝光时间为tb＝t_pps+datation；如果相等则该组姿态数据对应的曝光时间无法确定，记录当前获取的姿态数据包中的PPS脉冲计数值后，返回步骤(3)确定下一组姿态数据对应的曝光时间。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明方法解决了高轨道卫星在星敏感器定姿计算中的星敏感器数据曝光时刻的确定问题。传统中低轨卫星在进行星敏姿态计算一般采用额外的外部时间基准，如采用GPS秒脉冲作为星敏感器的同步时钟基准，或者增加外部中断记录同步时间。本发明方法可以在不额外增加星载计算机硬件，利用星载计算机现有的硬件计数器进行计数，并经过简单的计算即可确定出星敏感器数据的曝光时刻。

本发明方法已经在我国高轨道卫星上成功应用，遥测结果显示卫星姿态控制正常、星敏感器遥测及定姿数据无误、星敏感器已正常引入该高轨道卫星的自主定轨过程中，充分表明该方法的有效性。

本发明方法可以推广应用于所有要求具备星敏感器的高轨道卫星。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明方法的流程图，其主要步骤如下：

(1)首先在星载计算机初始化中，软件通过将现有的硬件计数器配置成为脉冲发生器，计数时间值递减操作且减至0后自动装载，定时产生PPS脉冲，并发送给星敏感器，时间间隔依据实际要求配置为T，作为星敏感器的同步脉冲信号，该脉冲信号将作为星敏感器输出datation的时间依据。硬件计数器的配置方式，请参考INTEL系列芯片82C54的操作手册。

(2)在星上计算机的每个控制周期，首先可以得到绝对星时时刻Ta，星上计算机软件周期性与星敏感器进行通讯，获取来自星敏感器的姿态数据，在首次取到星敏姿态的同时，处理脉冲发生器的递减计数，并通过该计数值计算首个PPS脉冲发出到当前的时间间隔，即通过脉冲发生器初始值减去当前剩余值后再乘以计数周期T得到脉冲发出的累计时间dt，由此可以确定首个PPS同步脉冲发出时刻t_pps＝Ta-dt。此后的每个PPS脉冲发出的累计时间的计算可采用类似的计算方式，只是应当将脉冲发生器的初始值替换为要计算的PPS脉冲发出时对应的脉冲发生器的计数值。

由于星上计算机发送PPS脉冲与星敏感器处理之间是异步的，为避免星敏感器姿态下传数据中datation相应的PPS脉冲和星上计算机计算使用的脉冲不对应的问题，接下来要根据星敏感器姿态数据包的数据对PPS脉冲的使用一致性进行判断，见步骤(3)。

(3)星上计算机软件获取星敏感器姿态数据包中的PPS累计计数(该计数为星敏感器自身计算所得，每收到星上计算机发送的PPS脉冲，即累加1，其初始值为0)。星上计算机软件在处理中，每个控制周期判断当前周期和上周期收到的PPS计数是否一致，一致则表明二者对应的是同一个PPS脉冲，可以进入下一步的计算，否则此时计算的t_pps无效(星载计算机的计数和星敏感器自身的计数不再对应一致，无法用于下一步的计算)，此时只能等待下一组姿态数据到来时重新进行曝光时刻的确定。

(4)星敏感器会记录当前数据的曝光时刻相对于当前的PPS秒脉冲的时间，计为datation，并将此作为姿态数据的一部分传输给星上计算机。在步骤(3)判断一致的情况下，因此只需在PPS秒脉冲发出时刻t_pps基础上，加上datation，即可得到精确的星敏感器数据对应的曝光时刻。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种确定卫星星敏感器数据曝光时刻的方法，其特征在于步骤如下：

(1)在星载计算机上通过软件将硬件计数器配置成为脉冲发生器，间隔时间T产生PPS脉冲，PPS脉冲发送给星敏感器作为星敏感器的同步脉冲信号；在星载计算机的每个控制周期，硬件计数器的计数值从初始固定值开始递减，计数的时间间隔为T；

(2)为星敏感器配置一个初始值为0的PPS计数器，星敏感器每接收到一个PPS脉冲，PPS计数器的计数值加1；

(3)星载计算机在每一个控制周期内与星敏感器通讯，获取来自星敏感器的姿态数据；当在控制周期内接收到星敏感器的一组姿态数据时，星载计算机获取脉冲发生器的当前计数值、当前的绝对星时时刻Ta、PPS计数器的当前计数值以及该组姿态数据的曝光时刻与对应的PPS秒脉冲的时间间隔datation，并计算t_pps＝Ta-(脉冲发生器的初始值-脉冲发生器的当前计数值)；

(4)判断当前控制周期获取的姿态数据包中的PPS脉冲计数值与上一个控制周期获取的姿态数据包中的PPS脉冲计数值是否相等，如果不相等则计算得到当前周期星敏感器姿态数据对应的曝光时间为tb＝T_pps+datation；如果相等则该组姿态数据对应的曝光时间无法确定，记录当前获取的姿态数据包中的PPS脉冲计数值后，返回步骤(3)确定下一组姿态数据对应的曝光时间。

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