CN105511444B - 空间相机外场模拟测试设备 - Google Patents

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Abstract

空间相机外场模拟测试设备，属于空间设备的地面模拟测试技术领域，为了满足现有技术对空间相机外场测试设备更复杂、实时性、可靠性更高的要求，该测试设备包括仿真计算机、地检控制单元和地检电源单元，仿真计算机通过人机交互界面发送指令，接收、储存、显示分析空间相机参数以及数据；地检控制单元解析接收到的仿真计算机命令，向空间相机发送指令，将接收到的空间相机工程参数发送到仿真计算机，监测空间相机以及外场模拟测试设备的状态；地检电源单元接收地检控制单元的指令，向空间相机提供一次电源，将状态信号发送到仿真计算机。

Description

空间相机外场模拟测试设备
技术领域
本发明涉及空间相机外场模拟测试设备，属于空间设备的地面模拟测试技术领域。
背景技术
随着空间技术的发展，空间相机越来越复杂，与卫星之间的接口越来越多，数据传输数率越来越高，对空间相机外场模拟测试设备的可靠性、实时性、可维护性、可扩展性提出了越来越高的要求。
空间相机外场模拟测试设备是空间相机在地面进行调试和性能检测的重要设备，它主要仿真卫星/飞船数管计算机、遥测终端、测控等系统与空间相机电子学系统之间的接口关系，通过数据流(指令、卫星姿态等参数)交换来验证空间相机电子学系统内、外部通信是否正确，内部软、硬件工作是否正常，为空间相机正式使用之前提供充分必要的测试，以确认空间相机电子学系统是否能满足功能及性能指标要求。
由于空间相机外场模拟测试设备需要模拟卫星/飞船数管计算机、遥测终端对空间相机发送、接收指令，同时需要监测空间相机的工作状态，因此该设备较以往的空间相机外场模拟测试设备更加复杂、实时性、可靠性要求更高。同时，空间相机因成像方式、安装平台、应用领域等方面的不同，不同型号的空间相机功能、内外接口及通讯协议等存在较大的差异，每个空间相机外场模拟测试设备均不同。对空间相机外场模拟测试设备的设计、研制与调试带来了很多困难。
发明内容
本发明为了满足空间相机外场测试设备更复杂、实时性、可靠性更高的要求，提供一种空间相机外场模拟测试设备。该设备根据空间相机的特点，采用模块化的方式，能较快地完成空间相机外场模拟测试，实现对空间相机各个系统的功能测试。
本发明所采用的技术方案是：
空间相机外场模拟测试设备，其特征是，包括仿真计算机、地检控制单元和地检电源单元；
仿真计算机，通过人机交互界面发送指令，接收、储存、显示分析空间相机参数以及数据；
地检控制单元，解析接收到的仿真计算机命令，向空间相机发送指令，将接收到的空间相机工程参数发送到仿真计算机，监测空间相机以及空间相机外场模拟测试设备的状态；
地检电源单元，接收地检控制单元的指令，向空间相机提供一次电源，将状态信号发送到仿真计算机。
仿真计算机包括计算机、通讯接口卡和数据采集卡；计算机通过通讯接口卡模拟卫星与空间相机之间的通讯功能，向空间相机注入卫星轨道参数、内部指令并接收空间相机工程参数包，从遥测终端接收空间相机遥测数据包；通过通讯接口卡模拟空间相机的内部通讯功能；通过数据采集卡将接收到的模拟信号转换为数字信号，完成对空间相机和空间相机外场模拟测试设备的实时监测；接收空间相机发送的数据，进行显示、分析及存储操作。
地检控制单元包括中央处理器、间接指令发生器、校时脉冲发生器、监测单元和信号预处理单元；中央处理器负责解析仿真计算机及空间相机的指令和参数，中央处理器输出的逻辑信号经光电隔离至间接指令发生器和校时脉冲发生器后，输出到空间相机；模拟数管计算机和遥测终端实现与空间相机之间的通讯及命令，向地检电源单元发送控制命令；间接指令发生器模拟卫星/飞船向空间相机发送指令；校时脉冲发生器模拟卫星/飞船为空间相机提供校准时钟；监测单元利用传感器采集空间相机和空间相机外场模拟测试设备的信号，发送到信号预处理单元；信号预处理单元接收监测单元的信号处理后发送至仿真计算机。
地检电源单元主要包括线性电源、母线监测单元、微信号处理单元和电源控制单元；地检电源单元接收地检控制单元的命令，向空间相机提供一次母线电源，并监测空间相机母线状态；电源控制单元接收来自地检控制单元的控制信号，控制线性电源上下电；线性电源产生空间相机的母线电源；母线监测单元利用传感器获取线性电源的电压电流状态信号并发送至微信号处理单元；微信号处理单元将处理后的线性电源状态信号发送到仿真计算机。
本发明的有益效果：
1、本方案采用以集总式控制方式实现各项功能，各部分采用模块化的设计方法，便于系统的安装调试，大大提高系统的可维护性和可扩展性。
2、本方案采用FPGA作为中央处理器，利用片上集成的片内RAM资源，省去了外扩存储芯片，简化了系统设计，节约了系统的开发时间和开发成本。
3、由于采用FPGA作为中央处理器，系统的实时性、可扩展性得到提高，系统的设计更加灵活，为今后的系统扩展和需求变更提供了便利；FPGA输出的逻辑信号经光电隔离单元，至信号转换电路，然后输出到终端，避免因外场模拟测试设备故障影响空间相机的安全，大大提高了系统的可靠性。
附图说明
图1是本发明空间相机外场模拟测试设备组成框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，空间相机外场模拟测试设备，其包括仿真计算机、地检控制单元和地检电源单元。
仿真计算机包括计算机、通讯接口卡和数据采集卡。计算机是仿真计算机的核心，空间相机外场模拟测试设备软件的编制、注入数据的输入、参数的显示及数据存储处理等工作都将在计算机上完成。计算机可选择研华的工控机，计算机软件采用Visual C++2010。
计算机通过通讯接口卡模拟卫星的数管计算机、遥测终端等与空间相机之间的通讯功能，向空间相机注入卫星轨道参数、内部指令并接收空间相机工程参数包，从遥测终端接收空间相机遥测数据包；通过通讯接口卡模拟空间相机的内部通讯功能。空间相机内外通讯均采用RS-422串行异步通讯方式，选取MOXA公司生产的CP-118U型多串口卡作为设备的通讯接口卡。
空间相机外场模拟测试设备需要实时监测空间相机二次电源、空间相机母线电流、空间相机外场模拟测试设备状态等信号。数据采集卡依据所采集信号特性、数量以及安装方式等进行选择。该设备共需要采集26路信号，因此采用32路、16位数据采集卡－PCI8191，完成空间相机外场模拟测试设备的数据采集工作。
地检控制单元包括中央处理器、间接指令发生器、校时脉冲发生器、监测单元、信号预处理单元；地检控制单元采用FPGA作为中央处理器，利用片内存储器，完成数据的缓存；中央处理器负责解析仿真计算机及空间相机的指令及参数，中央处理器输出的逻辑信号经光电隔离至间接指令发生器和校时脉冲发生器后输出到空间相机，模拟卫星数管计算机和遥测终端实现与空间相机之间的通讯及命令，向地检电源单元发送控制命令；选用Xilinx公司生产的FPGA-XC6SLX75作为中央处理器，采用VHDL语言进行开发。
地检控制单元解析接收到的仿真计算机命令，向空间相机发送指令，将接收到的空间相机工程参数发送到仿真计算机，监测空间相机以及外场模拟测试设备的状态；地检控制单元采用的是Xilinx公司生产的spartan 6系列的FPGA作为系统的中央处理器，实际应用中也可采用其它公司生产的不同系列的FPGA来实现。
空间相机与卫星平台的接口方式根据具体接口规范进行设计，接口方式为集电极开路(OC门)；间接指令发生器模拟卫星向空间相机发送遥控指令，控制信号由FPGA产生逻辑信号经光电隔离后通过OC门电路输出；间接指令发生器通过FPGA解析接收到的仿真计算机指令后，向空间相机发送指令；校时脉冲发生器通过FPGA定时器产生1kHz时钟脉冲，经光电隔离后通过OC门电路输出给空间相机，模拟卫星数管计算机向空间相机发送校准时间；监测单元利用传感器采集空间相机和空间相机外场模拟测试设备的状态信号，发送到信号预处理单元；信号预处理单元将接收到的监测单元信号通过放大器转换为0-10V范围模拟信号后，发送给数据采集卡，实现对空间相机和空间相机外场模拟测试设备的实时监测；为增加系统的可靠性与性能，选取的MORNSUN公司生产的高精度隔离放大器实现信号隔离与转换。
地检电源单元主要包括线性电源、母线监测单元、微信号处理单元和电源控制单元；电源控制单元接收来至地检控制单元的控制信号，控制线性电源上下电；线性电源产生空间相机的母线电源，具体根据空间相机的电源需求进行选用，选用朝阳电源公司生产的工业级电源4INC-Q1500；母线监测单元将采集线性电源电压和电流信号发送至微信号处理单元；微信号处理单元将接收到的信号通过隔离放大器转换为0-10V范围模拟信号后，发送到仿真计算机的数据采集卡，进行实时显示处理。选取MORNSUN公司生产的高精度隔离放大器。
空间相机外场模拟测试设备工作流程如下：
仿真计算机上电；对通讯接口卡、数据采集卡进行参数设置；地检控制单元、地检电源单元上电；仿真计算机向地检控制单元发送指令，空间相机母线上电；间接指令发生器发送指令让空间相机二次电源上电；通过通讯接口卡向空间相机注入数据并接收空间相机工程参数源包；通过通讯接口卡接收遥测终端数据包；通过通讯接口卡模拟空间相机内部的通讯功能；仿真计算机通过数据采集卡接收数据，实时监测空间相机母线电流、二次电源电压及空间相机外场模拟测试设备的工作状态。

Claims (3)

1.空间相机外场模拟测试设备，其特征是，包括仿真计算机、地检控制单元和地检电源单元，
仿真计算机，通过人机交互界面发送指令，接收、储存、显示分析空间相机参数以及数据；
地检控制单元，解析接收到的仿真计算机命令，向空间相机发送指令，将接收到的空间相机工程参数发送到仿真计算机，监测空间相机以及空间相机外场模拟测试设备的状态；
地检电源单元，接收地检控制单元的指令，向空间相机提供一次电源，将状态信号发送到仿真计算机；
仿真计算机包括计算机、通讯接口卡和数据采集卡；计算机通过通讯接口卡模拟卫星与空间相机之间的通讯功能，向空间相机注入卫星轨道参数、内部指令并接收空间相机工程参数包，从遥测终端接收空间相机遥测数据包；通过通讯接口卡模拟空间相机的内部通讯功能；通过数据采集卡将接收到的模拟信号转换为数字信号，完成对空间相机和空间相机外场模拟测试设备的实时监测；接收空间相机发送的数据，进行显示、分析及存储操作。
2.根据权利要求1所述的空间相机外场模拟测试设备，其特征是，地检控制单元包括中央处理器、间接指令发生器、校时脉冲发生器、监测单元和信号预处理单元；中央处理器负责解析仿真计算机及空间相机的指令和参数，中央处理器输出的逻辑信号经光电隔离至间接指令发生器和校时脉冲发生器后，输出到空间相机；模拟数管计算机和遥测终端实现与空间相机之间的通讯及命令，向地检电源单元发送控制命令；间接指令发生器模拟卫星向空间相机发送指令；校时脉冲发生器模拟卫星/飞船为空间相机提供校准时钟；监测单元利用传感器采集空间相机和空间相机外场模拟测试设备的信号，发送到信号预处理单元；信号预处理单元接收监测单元的信号处理后发送至仿真计算机。
3.根据权利要求1所述的空间相机外场模拟测试设备，其特征是，地检电源单元主要包括线性电源、母线监测单元、微信号处理单元和电源控制单元；地检电源单元接收地检控制单元的命令，向空间相机提供一次母线电源，并监测空间相机母线状态；电源控制单元接收来自地检控制单元的控制信号，控制线性电源上下电；线性电源产生空间相机的母线电源；母线监测单元利用传感器获取线性电源的电压电流状态信号并发送至微信号处理单元；微信号处理单元将处理后的线性电源状态信号发送到仿真计算机。
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