CN103017761B - 一种航天器多星敏感器数据采集器及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航天技术领域，涉及一种航天器多星敏感器感器数据采集器及采集方法，用以实现多星敏感器感器数据的高同步性和可调整性。该采集器包括星敏感器同步信号设置模块、星敏感器同步信号接口模块、星敏感器串口通讯设置模块和星敏感器串口通讯接口模块。本发明的采集器可实现多星敏感器数据的高同步性和可调整性；本发明的采集器包含2个功能，多星敏感器同步信号发送功能和多星敏感器数据采集功能；实现了串行采集多星敏感器数据的时标同步；若星敏感器的曝光时间发送变化，可以通过地面注入调整采集时序，确保串行采集多星敏感器数据的时标同步。

Description

一种航天器多星敏感器数据采集器及采集方法

技术领域

本发明属于航天技术领域，涉及一种航天器多星敏感器感器数据采集器及采集方法，用以实现多星敏感器感器数据的高同步性和可调整性。

背景技术

星敏感器感器是以恒星为参照系，以星空为工作对象的高精度空间姿态测量部件，在航天器的姿态测量和控制系统中起着重要的作用，为航天器提供准确的空间方位和基准，具备自主导航能力。随着航天技术的发展，星敏感器感器的精度提高，数据更新速率加快。

高精度星敏感器感器配置的端口一般包括1对串口通讯信号(含星敏感器数据接收信号和星敏感器数据发送信号)、硬件同步信号和硬件取数信号。串口通讯信号为双向信号，同步信号(PPS)、取数信号(RTS)为星敏感器感器的接收信号。

为了提高星敏感器感器的数据更新速率，目前高精度星敏感器感器采用并行流水线机制的曝光数据处理机制。在本帧图像的数据处理结束时刻立即启动下帧图像的曝光，本帧图像的数据经过曝光数据读出、在数据处理中从本帧图像中提取星像坐标、对提取的星像进行识别、计算当前帧的姿态，本帧曝光数据处理完成后到下一帧数据处理完成前，星敏感器在接收到取数信号后将本帧曝光数据的识别的结果发送给上位机。

单星敏感器感器的内部工作时序如图1所示，星敏感器接收到同步信号后，以同步信号所在的星敏感器曝光周期为第一个星敏感器曝光周期，同时调整曝光周期的中心点为同步信号时刻。该曝光周期完成曝光后，立即启动下帧图像的曝光。同时并行将曝光周期1的数据读出、完成数据处理(从本帧图像中提取星像坐标、对提取的星像进行识别、计算当前帧的姿态)。本帧曝光数据处理完成后到下一帧数据处理完成前，若星敏感器感器接收到取数信号，则星敏感器感器将本帧数据的结果发送给上位机。

随着航天器配置的星敏感器感器数量的增加，为了保证多星敏感器感器数据的高同步性要求，对多星敏感器感器的数据采集提出了高要求。多星敏感器数据的同步性采集要求同一采集周期采集的多星敏感器数据均为同一时间的指向数据，便于星上、地面的同步处理和数据比对。若星敏感器数据的采集频率低于星敏感器数据的可输出频率，要求通过时序调整，星敏感器数据的所有曝光数据均可进行下传分析。

发明内容

本发明的目的是为了解决串行采集多路星敏感器感器时星敏感器感器曝光数据时标不同步的问题，提出一种航天器多星敏感器感器数据采集器及采集方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种航天器多星敏感器感器数据采集器，该采集器包括星敏感器同步信号设置模块、星敏感器同步信号接口模块、星敏感器串口通讯设置模块和星敏感器串口通讯接口模块；

星敏感器同步信号设置模块接收系统控制周期信号，通过星敏感器同步信号设置指令设定星敏感器同步信号的周期和与系统控制周期信号的相位关系；当星敏感器同步信号设置模块接收到上述信息后根据设置要求建立星敏感器同步信号与系统控制周期的固定关系，定期发送星敏感器同步信号给星敏感器同步信号接口模块，同时将星敏感器同步信号发送状态告知上位机；

星敏感器同步信号接口模块将接收到的星敏感器同步信号分为多路，同时发送给多个星敏感器，各星敏感器的信号接口电路相互独立；

星敏感器串口通讯设置模块包括一个串行通讯模块，可实现一路串口的数据接收；星敏感器串口通讯模块接收到上位机发送的星敏感器通道设置指令和星敏感器数据取数指令(RTS)后，实现与指定星敏感器感器的星敏感器数据取数指令的发送，同时将采集到的指定星敏感器感器的数据通过星敏感器串口通讯设置模块的发送数据接口发送给上位机；

星敏感器串口通讯接口模块中设置有独立的与所有星敏感器的数据采集信号、串口通讯信号的接口电路；星敏感器串口通讯接口模块接收星敏感器串口通讯设置模块的星敏感器通道设置指令，将接收的星敏感器串口通讯设置模块的星敏感器数据采集信号转发给星敏感器通道设置指令指定的星敏感器；同时，星敏感器串口通讯接口模块将从星敏感器通道设置指令指定的星敏感器采集到的串口通讯数据通过数据发送接口转发给星敏感器串口通讯设置模块。

用上述采集器进行采集的方法如下：

1)上位机将系统控制周期信号持续发送给多星敏感器感器采集器的星敏感器同步信号设置模块；

2)上位机通过星敏感器同步信号设置指令设定星敏感器同步信号的周期和与系统控制周期信号的相位关系，发送给星敏感器同步信号设置模块；多星敏感器感器采集器的星敏感器同步信号设置模块接收到上述信息后根据设置要求建立星敏感器同步信号与系统控制周期的固定关系，定期发送星敏感器同步信号给星敏感器同步信号接口模块，发送后立刻星敏感器同步信号发送状态告知上位机；上位机接收到星敏感器同步信号发送状态后记录当前的时间；

3)星敏感器同步信号接口模块将接收到的星敏感器同步信号分为多路，同时发送给多个星敏感器；

4)多个星敏感器接收到星敏感器同步信号后，建立多个星敏感器感器的曝光周期与星敏感器同步信号的时序关系；

5)上位机在系统控制周期中断任务中串行采集多个星敏感器感器的数据。上位机首先向多星敏感器数据采集器的星敏感器串口通讯设置模块发送星敏感器通道设置指令指定采集星敏感器1的数据，然后向星敏感器串口通讯设置模块发送星敏感器数据取数指令(RTS)。星敏感器串口通讯设置模块将星敏感器通道设置指令和星敏感器数据取数指令(RTS)发送给星敏感器串口通讯接口模块，星敏感器串口通讯接口模块将RTS信号发送给星敏感器1。星敏感器1接收到RTS信号后，将星敏感器1的数据发送给星敏感器串口通讯接口模块。星敏感器串口通讯接口模块接收数据后，将数据发送给星敏感器串口通讯接口模块。最后由星敏感器串口通讯接口模块将星敏感器1的数据发送给上位机，完成上位机对星敏感器1数据的采集；

6)上位机完成星敏感器1数据的采集后，按照步骤五的方法完成星敏感器2的采集，直到完成所有星敏感器的数据采集，结束在本控制周期任务中的多星敏感器数据采集任务；

7)通过遥测数据观察，多星敏感器数据的时标是否同步，即均为同一时间的曝光数据；如果星敏感器数据不同步，则地面注入根据时间调整值注入相位调整参数，由上位机重新通过星敏感器同步信号设置指令设定星敏感器同步信号与系统控制周期信号的相位关系；

8)调整后，上位机按照步骤五完成多个星敏感器的数据采集，通过遥测数据观察多星敏感器数据的时标同步。

有益效果

本发明的采集器可实现多星敏感器感器数据的高同步性和可调整性；

本发明的采集器包含2个功能，多星敏感器同步信号发送功能和多星敏感器数据采集功能；实现了串行采集多星敏感器数据的时标同步；若星敏感器感器的曝光时间发送变化，可以通过地面注入调整采集时序，确保串行采集多星敏感器数据的时标同步。

附图说明

图1为星敏感器内部工作时序图；

图2为本发明的采集器的组成示意图；

图3为系统通过多星敏感器数据采集器进行2台星敏感器数据的采集时序图；

图4为调整后的多星敏感器数据采集器进行2台星敏感器数据的采集时序图。

具体实施方式

一种航天器多星敏感器感器数据采集器，该采集器包括星敏感器同步信号设置模块、星敏感器同步信号接口模块、星敏感器串口通讯设置模块和星敏感器串口通讯接口模块；

星敏感器同步信号设置模块接收系统控制周期信号，通过星敏感器同步信号设置指令设定星敏感器同步信号的周期和与系统控制周期信号的相位关系；当星敏感器同步信号设置模块接收到上述信息后根据设置要求建立星敏感器同步信号与系统控制周期的固定关系，定期发送星敏感器同步信号给星敏感器同步信号接口模块，同时将星敏感器同步信号发送状态告知上位机；

星敏感器同步信号接口模块将接收到的星敏感器同步信号分为多路，同时发送给多个星敏感器，各星敏感器的信号接口电路相互独立；

星敏感器串口通讯设置模块包括一个串行通讯模块，可实现一路串口的数据接收；星敏感器串口通讯模块接收到上位机发送的星敏感器通道设置指令和星敏感器数据取数指令(RTS)后，实现与指定星敏感器感器的星敏感器数据取数指令的发送，同时将采集到的指定星敏感器感器的数据通过星敏感器串口通讯设置模块的发送数据接口发送给上位机；

星敏感器串口通讯接口模块中设置有独立的与所有星敏感器的星敏感器数据采集信号、串口通讯信号的接口电路；星敏感器串口通讯接口模块接收星敏感器串口通讯设置模块的星敏感器通道设置指令，将接收的星敏感器串口通讯设置模块的星敏感器数据采集信号转发给星敏感器通道设置指令指定的星敏感器；同时，星敏感器串口通讯接口模块将从星敏感器通道设置指令指定的星敏感器采集到的串口通讯数据通过数据发送接口转发给星敏感器串口通讯设置模块。

用上述采集器进行采集的方法如下：

1)上位机将系统控制周期信号持续发送给多星敏感器感器采集器的星敏感器同步信号设置模块；

2)上位机通过星敏感器同步信号设置指令设定星敏感器同步信号的周期和与系统控制周期信号的相位关系，发送给星敏感器同步信号设置模块；多星敏感器感器采集器的星敏感器同步信号设置模块接收到上述信息后根据设置要求建立星敏感器同步信号与系统控制周期的固定关系，定期发送星敏感器同步信号给星敏感器同步信号接口模块，发送后立刻星敏感器同步信号发送状态告知上位机；上位机接收到星敏感器同步信号发送状态后记录当前的时间；

3)星敏感器同步信号接口模块将接收到的星敏感器同步信号分为多路，同时发送给多个星敏感器；

4)多个星敏感器接收到星敏感器同步信号后，建立多个星敏感器感器的曝光周期与星敏感器同步信号的时序关系；

5)上位机在系统控制周期中断任务中串行采集多个星敏感器感器的数据。上位机首先向多星敏感器数据采集器的星敏感器串口通讯设置模块发送星敏感器通道设置指令指定采集星敏感器1的数据，然后向星敏感器串口通讯设置模块发送星敏感器数据取数指令(RTS)。星敏感器串口通讯设置模块将星敏感器通道设置指令和星敏感器数据取数指令(RTS)发送给星敏感器串口通讯接口模块，星敏感器串口通讯接口模块将RTS信号发送给星敏感器1。星敏感器1接收到RTS信号后，将星敏感器1的数据发送给星敏感器串口通讯接口模块。星敏感器串口通讯接口模块接收数据后，将数据发送给星敏感器串口通讯接口模块。最后由星敏感器串口通讯接口模块将星敏感器1的数据发送给上位机，完成上位机对星敏感器1数据的采集；

6)上位机完成星敏感器1数据的采集后，按照步骤五的方法完成星敏感器2的采集，直到完成所有星敏感器的数据采集，结束在本控制周期任务中的多星敏感器数据采集任务；

7)通过遥测数据观察，多星敏感器数据的时标是否同步，即均为同一时间的曝光数据；如果星敏感器数据不同步，则地面注入根据时间调整值注入相位调整参数，由上位机重新通过星敏感器同步信号设置指令设定星敏感器同步信号与系统控制周期信号的相位关系；

8)调整后，上位机按照步骤五完成多个星敏感器的数据采集，通过遥测数据观察多星敏感器数据的时标同步。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例

系统配置2台星敏感器，系统控制周期为250ms。

系统通过多星敏感器数据采集器进行2台星敏感器数据的采集，时序如图3所示：

1)上位机将系统控制周期信号(周期为250ms)持续发送给多星敏感器采集器的星敏感器同步信号设置模块；

2)上位机通过星敏感器同步信号设置指令设定星敏感器同步信号的周期为1s和与系统控制周期信号上升沿的相位关系为100ms，发送给星敏感器同步信号设置模块；多星敏感器采集器的星敏感器同步信号设置模块接收到上述信息后根据设置要求建立星敏感器同步信号与系统控制周期的固定关系，定期发送星敏感器同步信号给星敏感器同步信号接口模块，发送后立刻星敏感器同步信号发送状态告知上位机。上位机接收到星敏感器同步信号发送状态后记录当前的时间；

3)星敏感器同步信号接口模块将接收到的星敏感器同步信号分为多路，同时发送给2台星敏感器；

2台星敏感器接收到星敏感器同步信号后，建立多个星敏感器感器的曝光周期与星敏感器同步信号的时序关系；

4)上位机首先向多星敏感器数据采集器的星敏感器串口通讯设置模块发送星敏感器通道设置指令指定采集星敏感器1的数据，然后向星敏感器串口通讯设置模块发送星敏感器数据取数指令(RTS)。星敏感器串口通讯设置模块将星敏感器通道设置指令和星敏感器数据取数指令(RTS)发送给星敏感器串口通讯接口模块，星敏感器串口通讯接口模块将RTS信号发送给星敏感器1。星敏感器1接收到RTS信号后，将星敏感器1的数据发送给星敏感器串口通讯接口模块。星敏感器串口通讯接口模块接收数据后，将数据发送给星敏感器串口通讯接口模块。最后由星敏感器串口通讯接口模块将星敏感器1的数据发送给上位机，完成上位机对星敏感器数据1的采集；

5)上位机首先向多星敏感器数据采集器的星敏感器串口通讯设置模块发送星敏感器通道设置指令指定采集星敏感器2的数据，然后向星敏感器串口通讯设置模块发送星敏感器数据取数指令(RTS)。星敏感器串口通讯设置模块将星敏感器通道设置指令和星敏感器数据取数指令(RTS)发送给星敏感器串口通讯接口模块，星敏感器串口通讯接口模块将RTS信号发送给星敏感器2。星敏感器2接收到RTS信号后，将星敏感器2的数据发送给星敏感器串口通讯接口模块。星敏感器串口通讯接口模块接收数据后，将数据发送给星敏感器串口通讯接口模块。最后由星敏感器串口通讯接口模块将星敏感器2的数据发送给上位机，完成上位机对星敏感器数据2的采集；

6)通过遥测数据观察，并从图3中可知，2台星敏感器数据的时标不同步，星敏感器2的数据比星敏感器1的数据滞后时间为1个曝光周期125ms。

为了使在同一控制周期采集到的2台星敏感器的数据时标同步，需要对调整星敏感器同步信号与系统控制周期信号的相位关系：地面注入根据时间调整值注入相位调整参数，由上位机重新通过星敏感器同步信号设置指令设定星敏感器同步信号与系统控制周期信号的相位关系为125ms。调整后的系统通过多星敏感器数据采集器进行2台星敏感器数据的采集，调整后的时序如图4所示：

1)上位机将系统控制周期信号(周期为250ms)持续发送给多星敏感器感器采集器的星敏感器同步信号设置模块；

2)上位机通过星敏感器同步信号设置指令设定星敏感器同步信号的周期为1s和与系统控制周期信号上升沿的相位关系为125ms，发送给星敏感器同步信号设置模块；多星敏感器采集器的星敏感器同步信号设置模块接收到上述信息后根据设置要求建立星敏感器同步信号与系统控制周期的固定关系，定期发送星敏感器同步信号给星敏感器同步信号接口模块，发送后立刻星敏感器同步信号发送状态告知上位机。上位机接收到星敏感器同步信号发送状态后记录当前的时间；

3)星敏感器同步信号接口模块将接收到的星敏感器同步信号分为多路，同时发送给2台星敏感器；

2台星敏感器接收到星敏感器同步信号后，建立多个星敏感器的曝光周期与星敏感器同步信号的时序关系；

4)上位机首先向多星敏感器数据采集器的星敏感器串口通讯设置模块发送星敏感器通道设置指令指定采集星敏感器1的数据，然后向星敏感器串口通讯设置模块发送星敏感器数据取数指令(RTS)。星敏感器串口通讯设置模块将星敏感器通道设置指令和星敏感器数据取数指令(RTS)发送给星敏感器串口通讯接口模块，星敏感器串口通讯接口模块将RTS信号发送给星敏感器1。星敏感器1接收到RTS信号后，将星敏感器1的数据发送给星敏感器串口通讯接口模块。星敏感器串口通讯接口模块接收数据后，将数据发送给星敏感器串口通讯接口模块。最后由星敏感器串口通讯接口模块将星敏感器1的数据发送给上位机，完成上位机对星敏感器数据1的采集；

5)上位机首先向多星敏感器数据采集器的星敏感器串口通讯设置模块发送星敏感器通道设置指令指定采集星敏感器2的数据，然后向星敏感器串口通讯设置模块发送星敏感器数据取数指令(RTS)。星敏感器串口通讯设置模块将星敏感器通道设置指令和星敏感器数据取数指令(RTS)发送给星敏感器串口通讯接口模块，星敏感器串口通讯接口模块将RTS信号发送给星敏感器2。星敏感器2接收到RTS信号后，将星敏感器2的数据发送给星敏感器串口通讯接口模块。星敏感器串口通讯接口模块接收数据后，将数据发送给星敏感器串口通讯接口模块。最后由星敏感器串口通讯接口模块将星敏感器2的数据发送给上位机，完成上位机对星敏感器数据2的采集；

6)通过遥测数据观察，2台星敏感器数据的时标同步，多星敏感器采集的星敏感器同步信号与系统控制周期信号的相位关系调整有效。

Claims (1)

1.一种采用航天器多星敏感器数据采集器进行采集的方法，该采集器包括星敏感器同步信号设置模块、星敏感器同步信号接口模块、星敏感器串口通讯设置模块和星敏感器串口通讯接口模块；

星敏感器同步信号设置模块接收系统控制周期信号，通过星敏感器同步信号设置指令设定星敏感器同步信号的周期和与系统控制周期信号的相位关系；当星敏感器同步信号设置模块接收到上述设置指令后根据设置要求建立星敏感器同步信号与系统控制周期的固定关系，定期发送星敏感器同步信号给星敏感器同步信号接口模块，同时将星敏感器同步信号发送状态告知上位机；

星敏感器同步信号接口模块将接收到的星敏感器同步信号分为多路，同时发送给多个星敏感器，各星敏感器的信号接口电路相互独立；

星敏感器串口通讯设置模块包括一个串行通讯模块，可实现一路串口的数据接收；星敏感器串口通讯模块接收到上位机发送的星敏感器通道设置指令和星敏感器数据取数指令后，实现与指定星敏感器的星敏感器数据取数指令的发送，同时将采集到的指定星敏感器的数据通过星敏感器串口通讯设置模块的发送数据接口发送给上位机；

星敏感器串口通讯接口模块中设置有独立的与所有星敏感器的星敏感器数据采集信号、串口通讯信号的接口电路；星敏感器串口通讯接口模块接收星敏感器串口通讯设置模块的星敏感器通道设置指令，将接收的星敏感器串口通讯设置模块的星敏感器数据采集信号转发给星敏感器通道设置指令指定的星敏感器；同时，星敏感器串口通讯接口模块将从星敏感器通道设置指令指定的星敏感器采集到的串口通讯数据通过数据发送接口转发给星敏感器串口通讯设置模块；

其特征在于：

1)上位机将系统控制周期信号持续发送给多星敏感器采集器的星敏感器同步信号设置模块；

2)上位机通过星敏感器同步信号设置指令设定星敏感器同步信号的周期和与系统控制周期信号的相位关系，发送给星敏感器同步信号设置模块；多星敏感器采集器的星敏感器同步信号设置模块接收到上述设置指令后根据设置要求建立星敏感器同步信号与系统控制周期的固定关系，定期发送星敏感器同步信号给星敏感器同步信号接口模块，发送后立刻星敏感器同步信号发送状态告知上位机；上位机接收到星敏感器同步信号发送状态后记录当前的时间；

3)星敏感器同步信号接口模块将接收到的星敏感器同步信号分为多路，同时发送给多个星敏感器；

4)多个星敏感器接收到星敏感器同步信号后，建立多个星敏感器的曝光周期与星敏感器同步信号的时序关系；

5)上位机在系统控制周期中断任务中串行采集多个星敏感器的数据；上位机首先向多星敏感器数据采集器的星敏感器串口通讯设置模块发送星敏感器通道设置指令指定采集第一个星敏感器的数据，然后向星敏感器串口通讯设置模块发送星敏感器数据取数指令；星敏感器串口通讯设置模块将星敏感器通道设置指令和星敏感器数据取数指令发送给星敏感器串口通讯接口模块，星敏感器串口通讯接口模块将星敏感器数据取数指令信号发送给第一个星敏感器；第一个星敏感器接收到星敏感器数据取数指令信号后，将第一个星敏感器的数据发送给星敏感器串口通讯接口模块；星敏感器串口通讯接口模块接收数据后，将数据发送给星敏感器串口通讯接口模块；最后由星敏感器串口通讯接口模块将第一个星敏感器的数据发送给上位机，完成上位机对第一个星敏感器数据的采集；

6)上位机完成第一个星敏感器数据的采集后，按照步骤五的方法完成第二个星敏感器数据的采集，直到完成所有星敏感器的数据采集，结束在本控制周期任务中的多星敏感器数据采集任务；

7)通过遥测数据观察，多星敏感器数据的时标是否同步，即均为同一时间的曝光数据；如果星敏感器数据不同步，则地面注入根据时间调整值注入相位调整参数，由上位机重新通过星敏感器同步信号设置指令设定星敏感器同步信号与系统控制周期信号的相位关系；

8)调整后，上位机按照步骤五完成多个星敏感器的数据采集，通过遥测数据观察多星敏感器数据的时标同步。