CN105242126B - 一种高轨道卫星静电放电监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于中高轨道卫星的静电放电监测装置，包括：星内天线、星外天线、导线天线、互扼线圈及处理电路，其中星内天线和星外天线与所述处理电路相连，导线天线一端通过电阻与卫星结构地连接，另外一端通过导线与处理电路相连，互扼线圈与所述处理电路相连。本发明的卫星静电放电监测装置具有结构简单、原理清晰、安装要求低的特点，可以安装在中高轨道的各类卫星，用于监测卫星内外的静电放电频率及其强度。
Description
技术领域
本发明涉及卫星防护领域，尤其涉及一种监测装置，用于监测中高轨道卫星由于空间辐射环境所导致的卫星内外充电和静电放电事件的频率及其强度。
背景技术
卫星表面由于空间等离子体的附着作用，会在其上形成类似于地面的静电带电的表面充电，表面充电会造成卫星与空间环境之间存在电位差。此外，由于高能粒子的作用，在卫星内部也会形成静电带电。当卫星表面与空间环境之间或者卫星表面与卫星内部不同部件之间出现过大的电位差时，会造成卫星表面与空间环境或者卫星表面与内部的不同部件之间发生放电，即如地面的静电放电。静电放电会释放出来电流脉冲、电磁脉冲及热脉冲，电流脉冲和电磁脉冲都会直接或间接耦合进卫星的电子学系统，干扰甚至伤害卫星的安全。因此，需要在卫星上安装静电放电的监测装置，用来监测卫星表面和内部的静电放电频率和强度，以便为卫星在轨管理和故障诊断提供依据。
当前国内外的卫星均没有安装静电放电监测设备，因此均无法准确知晓卫星实际上是否在发生静电放电现象，诸如美国银河-15号卫星即由于缺乏直接测量数据而出现“误判”。对于卫星异常、故障诊断等，常常采用卫星运行数据和空间辐射环境数据作为依据进行判断，而缺乏卫星静电放电的直接数据作为依据来进行判断。因此，为了克服上述的技术问题，本发明提供了一种用于监测卫星的静电放电的频率及其强度的装置。
发明内容
本发明提供的卫星静电放电监测装置，利用天线来测量空间电磁脉冲，利用互扼线圈来测量导线内的电流脉冲，并且通过测量卫星内、外的空间电磁脉冲和导线电流脉冲来表征卫星内外的静电放电特征。
为实现以上目的，本发明提供了一种用于中高轨道卫星的静电放电监测装置，包括：星内天线、星外天线、导线天线、互扼线圈及处理电路，其中星内天线和星外天线与所述处理电路相连，导线天线一端通过电阻与卫星结构地连接，另外一端通过导线与处理电路相连，互扼线圈与所述处理电路相连。
优选地，星外天线为单极子天线，采用金属材料制成；星内天线为单极子天线，采用金属材料制成；导线天线为非屏蔽导线，采用金属线芯制成；互扼线圈为螺旋线圈，采用金属材料制成。
优选地，星外天线安装于卫星表面，通过同轴导线与电子学箱相连，用于测量卫星外部表面、线缆及太阳电池阵静电放电所释放的电磁脉冲。
优选地，星内天线安装于卫星内部支架上，通过同轴导线与电子学箱相连，用于测量卫星内部空间静电放电所导致的电磁脉冲。
优选地，导线天线安装于卫星内部，并且穿越卫星内部敏感仪器周围，用于感知空间电磁脉冲耦合进导线，以便感知卫星内部的静电放电引起的导线内的电流脉冲。
优选地，星内互扼线圈安装于卫星内部，且该互扼线圈卡住星内两台单机之间的非屏蔽导线，用于感知空间电磁脉冲耦合进卫星电子学系统导线后形成的电流脉冲，进而感知卫星内部的静电放电在电子学系统中产生的干扰。
优选地，本发明的监测装置还包含输出接口电路，用于与卫星总线进行数据通信，实现与卫星之间及与地面之间的交互。
本发明的卫星静电放电监测装置的优点在于：可以实现对卫星内外空间的静电放电进行监测，同时避免了对于卫星平台部分提出过多要求，因而本发明的监测装置具有广泛的应用范围。本发明的卫星静电放电监测装置具有结构简单、原理清晰、安装要求低的特点，可以安装在中高轨道的各类卫星，用于监测卫星内外的静电放电频率及其强度。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的静电放电监测装置在卫星上的安装位置的示意图。
图2为用于监测电流脉冲的一个优选实施例的互扼线圈的示意图。
图3为本发明的一个实施例的静电放电监测装置中的信号处理过程的电子学示意框图。
附图标记
1、星外天线 2、星内天线 3、导线天线
4、互扼线圈 5、处理电路 6、卫星内其他单机A
7、卫星内其他单机B 8、中央承力桶 9、卫星蒙皮
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的中高轨道卫星静电放电监测装置进行详细说明。
图1所示为本发明的静电放电监测装置的一个优选实施例，包括：星外天线1、星内天线2、导线天线3、互扼线圈4及处理电路5。所述星外天线1为单极子天线，采用金属材料，通过导线与处理电路5相连；所述星内天线2为单极子天线，采用金属材料，通过导线与处理电路5相连；所述导线天线3为非屏蔽导线，采用金属线芯，围绕着卫星的中央承力桶8设置，其一端通过电阻与卫星结构地连接，另外一端通过导线与处理电路5相连；所述互扼线圈4为螺旋线圈，采用金属材料，通过导线与处理电路5相连。
在图1的实施例中，星外天线1采用梨形或球形天线，采用铝制材料加工，安装于卫星表面即卫星蒙皮9上，通过同轴导线与处理电路5相连，用于测量卫星外部表面、线缆及太阳电池阵等静电放电释放的电磁脉冲。
在图1的实施例中，星内天线2采用梨形或球形天线，采用铝制材料加工，安装于卫星内部支架上，通过同轴导线与处理电路5相连，用于测量卫星内部空间由于内部静电带电释放的电磁脉冲以及星外静电带电传播进内部空间的电磁脉冲。
在图1的实施例中，导线天线3安装于卫星内部，导线天线3的一端连接50欧姆的电阻与卫星接地桩相连，另外一端与处理电路5相连，采用铜材料线芯导线。导线天线3穿越卫星内部敏感仪器周围，用于感知空间电磁脉冲耦合进导线，以便进而感知卫星内部的静电放电在导线内产生的电流脉冲。
在图1的实施例中，互扼线圈4安装于卫星内部，并且卡住星内两台单机即图1所示的卫星内其他单机6和卫星内其他单机7之间的非屏蔽导线，线圈引线通过同轴导线与处理电路5相连。如图2所示的互扼线圈的一个优选实施例，该互扼线圈4由螺旋线圈和机壳组成，线圈线芯为铜材料，机壳为铝材料。互扼线圈4用于感知空间电磁脉冲耦合进卫星的电子学系统导线后形成的电流脉冲，进而感知卫星内部的静电放电在卫星的电子学系统中产生的干扰。
本发明的监测装置通过在卫星内、外设置天线和导线，来测量卫星内外部空间的静电放电电磁波脉冲及放电后耦合进导线内激起的电流脉冲，进而表征出卫星内外的静电放电特征。
本发明的监测装置还包含输出接口电路，用于与卫星总线进行数据通信，实现与卫星之间及与地面之间的交互。
图3为本发明的一个实施例的静电放电监测装置中的信号处理过程的电子学示意框图。监测装置的星外天线1、星内天线2、导线天线3及互扼线圈共4类传感器分别与分压电路相连，分压电路首先将空间电磁脉冲或电流脉冲在传感器内激起的电压脉冲进行分压，以便将电压处理到电子器件可以处理的电信号范围以内，然后放大电路对电信号进行放大，再经峰保电路进行信号的峰值保持。经过上述处理后的信号再提供至选通电路，选通电路用于依次对来自不同传感器的信号进行选通采集。信号被选通以后再提供到AD电路并进而提供给数据处理电路，数据处理电路用于控制选通电路和AD电路并给出选通时间等信息，并且通过卫星接口电路将信号传送给卫星的电子学系统。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种用于中高轨道卫星的静电放电监测装置，包括：星外天线(1)、星内天线(2)、导线天线(3)、互扼线圈(4)及处理电路(5)，其中所述星外天线(1)和星内天线(2)与所述处理电路(5)相连，导线天线(3)一端通过电阻与卫星结构地连接，另外一端通过导线与处理电路(5)相连，互扼线圈(4)与所述处理电路(5)相连；
互扼线圈(4)安装于卫星内部，且该互扼线圈(4)卡住星内两台单机之间的非屏蔽导线，用于感知空间电磁脉冲耦合进卫星电子学系统导线后形成的电流脉冲，进而感知卫星内部的静电放电在电子学系统中产生的干扰。
2.根据权利要求1所述的静电放电监测装置，其特征在于，该监测装置还包含输出接口电路，用于与卫星总线进行数据通信，实现与卫星之间及与地面之间的交互。
3.根据权利要求1或2所述的静电放电监测装置，其特征在于，星外天线(1)为单极子天线，采用金属材料制成；星内天线(2)为单极子天线，采用金属材料制成；导线天线(3)为非屏蔽导线，采用金属线芯制成；互扼线圈(4)为螺旋线圈，采用金属材料制成。
4.根据权利要求3所述的静电放电监测装置，其特征在于，星外天线(1)安装于卫星表面，用于测量卫星外部表面、线缆及太阳电池阵静电放电释放的电磁脉冲。
5.根据权利要求3所述的静电放电监测装置，其特征在于，星内天线(2)安装于卫星内部，用于测量卫星内部空间静电放电电磁脉冲。
6.根据权利要求3所述的静电放电监测装置，其特征在于，导线天线(3)安装于卫星内部，并且穿越卫星内部敏感仪器周围，用于感知空间电磁脉冲耦合进导线，以便感知内部静电放电在导线内的电流脉冲。
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