CN105659852B - 一种基于lan总线的卫星供配电测试系统 - Google Patents
一种基于lan总线的卫星供配电测试系统Info
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Abstract
一种基于LAN总线的卫星供配电测试系统，包括远程测控计算机、测量控制系统、地面电源、地面适配器、地面配电器、+Y太阳电池方阵模拟器、-Y太阳电池方阵模拟器、LAN总线转换器、电子负载和示波器。本发明利用太阳方阵模拟器模拟卫星太阳能电池的输出特性，通过地面配电器、地面适配器和卫星等效器实现了对卫星供配电信号的测试控制功能及模拟仿真，本发明通过将各种测试设备通过LAN总线连接在一起，测试布局灵活，测试系统可以实现远程控制，不受测试环境影响，系统结构简单、开发周期短。<pb pnum="1" />
Description
技术领域
本发明涉及一种基于LAN总线的卫星供配电测试系统，属于卫星供配电分系统的设计领域。
背景技术
卫星电性能综合测试是指对卫星规定的工作性能和功能做全面的检测，对各分系统电气连接接口之间的匹配性和电磁兼容性进行多项复杂的综合检查。卫星供配电测试系统作为卫星综合测试系统的重要测试系统之一，能够实现对卫星在各阶段和不同试验场合的卫星电性能综合测试任务，它主要通过分离电连接器与卫星界面接口以有线方式对卫星的重要参数进行测量、状态监视、供配电控制和分离电连接器的电脱离控制，完成卫星的分系统加断电控制功能、卫星部上下行信号的测量功能、模拟卫星太阳能电池阵对卫星供电功能。随着卫星技术复杂程度的提高，对卫星供配电测试系统的要求也越来越高，为每一颗卫星配置一套特定的供配电测试系统显然是非常不经济的，虽然现在测试系统内部的印制板已经做到系统间互换，但卫星界面接口的变化导致测试系统还需重新改造才能应用于其他型号卫星的供配电测试，构建测试系统周期较长，改造费用也较高。
申请号为200720173870.4的实用新型“一种卫星地面供配电测试系统”公开了一种利用PLC技术开发的卫星地面供配电测试系统，采用PLC技术开发难度高，结构复杂，开发周期长，需要根据不同的任务需求开发不同的PLC控制程序。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于LAN总线的卫星供配电测试系统，完全采用LAN总线技术，结构简单、开发周期短。
本发明的技术解决方案是：一种基于LAN总线的卫星供配电测试系统，包括远程测控计算机、测量控制系统、地面电源、地面适配器、地面配电器、+Y太阳电池方阵模拟器、-Y太阳电池方阵模拟器、LAN总线转换器、电子负载和示波器，远程测控计算机通过LAN总线转换器设置+Y太阳电池方阵模拟器和-Y太阳电池方阵模拟器的I-V曲线输出，太阳电池方阵模拟器的I-V曲线通过地面配电器为卫星或卫星等效器进行供电，远程控制计算机通过LAN总线对测量控制系统、电子负载和示波器进行控制，电子负载对+Y和-Y太阳电池方阵模拟器输出的I-V曲线进行检测，示波器通过电子负载对+Y和-Y太阳电池方阵模拟器输出的I-V曲线进行监测，地面电源为地面配电器和地面适配器供电，测量控制系统通过地面适配器和地面配电器对卫星或卫星等效器进行控制，并对卫星或卫星等效器的供配电数据进行采集，采集的供配电数据通过LAN总线传送至远程测控计算机；
地面配电器包括继电器K1、继电器开关K11、继电器开关K12、电阻R11、电阻R12、发光二极管L1，继电器开关K11串接在+Y和-Y太阳电池方阵模拟器与卫星或卫星等效器的负载之间，继电器开关K12、电阻R11、电阻R12、发光二极管L1串联组成继电器K1的状态测量显示电路，测量控制系统通过控制继电器K1的打开和闭合使继电器开关K11打开或闭合，继电器开关K11的打开或闭合将+Y和-Y太阳电池方阵模拟器与卫星或卫星等效器的负载之间连通或断开，测量控制系统通过控制继电器K1的打开和闭合使继电器开关K12打开或闭合，继电器开关K12的打开或闭合使发光二极管L1点亮或熄灭，电阻R12的分压信号为测量控制系统提供继电器K1的状态信号，继电器K1由地面电源供电；
地面适配器由卫星加断电控制测量电路和卫星自检信号测量电路组成；卫星加断电控制测量电路包括继电器K3、继电器开关K31、继电器开关K32、电阻R1、电阻R2、发光二极管L2，继电器开关K31、继电器开关K32连接在卫星或卫星等效器继电器K2的两个控制端，电阻R1、电阻R2、发光二极管L2与卫星或卫星等效器的继电器开关K21串联，测量控制系统通过控制继电器K3的打开或闭合使继电器开关K31和继电器开关K32打开或闭合，继电器开关K31和继电器开关K32的打开或闭合控制卫星或卫星等效器中继电器K2的打开或闭合，继电器K2的打开或闭合控制继电器开关K21使发光二极管L2点亮或熄灭，电阻R2的分压信号为测量控制系统提供继电器K3的状态信号，继电器K3由地面电源供电；卫星自检信号测量电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6，光电耦合器G2、发光二极管L3和展宽电路，发光二极管L3、电阻R6、展宽电路、电阻R5和光电耦合器G2的输出端依次串联后接地面电源，电阻R4、光电耦合器G2的输入端与卫星或卫星等效器的电阻R3、门控电路G1串联，卫星或卫星等效器的门控电路G1接收到自检信号后点亮光电耦合器G2的输入端，光电耦合器G2的输出端接通，发光二极管L3点亮，由电阻R5的分压信号为测量控制系统提供卫星或卫星等效器的自检状态测量信号。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明利用太阳方阵模拟器模拟卫星太阳能电池的输出特性，通过地面配电器、地面适配器和卫星等效器实现了对卫星供配电信号的测试控制功能及模拟仿真，本发明通过将各种测试设备通过LAN总线连接在一起，测试布局灵活，测试系统可以实现远程控制，不受测试环境影响，系统结构简单、开发周期短。
附图说明
图1为本发明的系统组成图；
图2为地面配电器的电路图；
图3为地面适配器中卫星加断电控制测量电路图；
图4为地面适配器中卫星自检信号测量电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明：
单片太阳电池的输出特性是一条类似抛物线的曲线，阳光垂直照射时它的开路电压是Voc，短路电流是Isc，工作点电压是Vmp，工作点电流是Imp，在工作点时太阳电池片输出的功率最大。供配电测试系统设计时考虑到太阳能电池阵部片方式和太阳入射角的各种情况，通过以下的计算得出供配电测试系统实际要模拟的卫星各种测试曲线。首先，每个太阳能电池阵采用的是m片电池片串联，n串电池片并联的方式，太阳垂直照射时单个太阳能电池阵的指标是：开路电压mVoc，短路电流nIsc，工作点电压mVmp，工作点电流nImp。再考虑太阳入射角，太阳电池片的输出电压受到太阳入射角影响很小，可忽略，但输出电流受入射角影响较大。假设典型轨道太阳电池阵的阳光入射角为α，则在典型轨道上太阳电池阵的指标是：开路电压mVoc，短路电流nIscsin(α)，工作点电压mVmp，工作点电流nImpsin(α)。卫星工作时会侧摆，侧摆对电池阵输出电流影响也较大，假设卫星侧摆β度，此时的电池阵输出指标是：开路电压mVoc，短路电流nIscsin(α)Cos(β)，工作点电压mVmp，工作点电流nImpsin(α)Cos(β)。最后考虑遮挡影响，卫星侧摆过程中星体对太阳电池阵有遮挡，但不完全遮挡不会影响太阳电池阵的输出电压。假设遮挡了k串电池阵，则开路电压mVoc，短路电流(n-k)Iscsin(α)Cos(β)，工作点电压mVmp，工作点电流(n-k)Impsin(α)Cos(β)。因此考虑到各种因素，太阳电池阵输出曲线是：开路电压mVoc；短路电流(n-k)Iscsin(α)Cos(β)，工作点电压mVmp，工作点电流(n-k)Impsin(α)Cos(β)。其中m串联数量，n并联数量，k遮挡的串数，α典型轨道的太阳入射角，β卫星侧摆角。卫星的典型工作模式有正常飞行状态，侧摆±15°，侧摆±25°，侧摆±35°。因此输出计算公式结合侧摆角度、轨道位置、入射角的变化，再结合测试工作需求，生成以下9条卫星测试I-V曲线，如表1所示。
表1.I-V曲线所代表的工作状况
如图1所示，一种基于LAN总线的卫星供配电测试系统，包括远程测控计算机、测量控制系统、地面电源、地面适配器、地面配电器、+Y太阳电池方阵模拟器、-Y太阳电池方阵模拟器、LAN总线转换器、电子负载和示波器，远程测控计算机通过LAN总线转换器设置+Y太阳电池方阵模拟器和-Y太阳电池方阵模拟器的I-V曲线输出，太阳电池方阵模拟器的I-V曲线通过地面配电器为卫星或卫星等效器进行供电，远程控制计算机通过LAN总线对测量控制系统、电子负载和示波器进行控制，电子负载对+Y和-Y太阳电池方阵模拟器输出的I-V曲线进行检测，示波器通过电子负载对+Y和-Y太阳电池方阵模拟器输出的I-V曲线进行监测，地面电源为地面配电器和地面适配器供电，测量控制系统通过地面适配器和地面配电器对卫星或卫星等效器进行控制，并对卫星或卫星等效器的供配电数据进行采集，采集的供配电数据通过LAN总线传送至远程测控计算机；
如图2所示，地面配电器包括继电器K1、继电器开关K11、继电器开关K12、电阻R11、电阻R12、发光二极管L1，继电器开关K11串接在+Y和-Y太阳电池方阵模拟器与卫星或卫星等效器的负载之间，继电器开关K12、电阻R11、电阻R12、发光二极管L1串联组成继电器K1的状态测量显示电路，测量控制系统通过控制继电器K1的打开和闭合使继电器开关K11打开或闭合，继电器开关K11的打开或闭合将+Y和-Y太阳电池方阵模拟器与卫星或卫星等效器的负载之间连通或断开，测量控制系统通过控制继电器K1的打开和闭合使继电器开关K12打开或闭合，继电器开关K12的打开或闭合使发光二极管L1点亮或熄灭，电阻R12的分压信号为测量控制系统提供继电器K1的状态信号，继电器K1由地面电源供电。
地面适配器由卫星加断电控制测量电路和卫星自检信号测量电路组成；如图3所示，所述的地面适配器由卫星加断电控制测量电路和卫星自检信号测量电路组成；卫星加断电控制测量电路包括继电器K3、继电器开关K31、继电器开关K32、电阻R1、电阻R2、发光二极管L2，继电器开关K31、继电器开关K32连接在卫星或卫星等效器继电器K2的两个控制端，电阻R1、电阻R2、发光二极管L2与卫星或卫星等效器的继电器开关K21串联，测量控制系统通过控制继电器K3的打开或闭合使继电器开关K31和继电器开关K32打开或闭合，继电器开关K31和继电器开关K32的打开或闭合控制卫星或卫星等效器中继电器K2的打开或闭合，继电器K2的打开或闭合控制继电器开关K21使发光二极管L2点亮或熄灭，电阻R2的分压信号为测量控制系统提供继电器K3的状态信号，继电器K3由地面电源供电。
如图4所示，卫星自检信号测量电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6，光电耦合器G2、发光二极管L3和展宽电路，发光二极管L3、电阻R6、展宽电路、电阻R5和光电耦合器G2的输出端依次串联后接地面电源，电阻R4、光电耦合器G2的输入端与卫星或卫星等效器的电阻R3、门控电路G1串联，卫星或卫星等效器的门控电路G1接收到自检信号后点亮光电耦合器G2的输入端，光电耦合器G2的输出端接通，发光二极管L3点亮，由电阻R5的分压信号为测量控制系统提供卫星或卫星等效器的自检状态测量信号。
其中控制测量系统采用安捷伦Agilent34980采集仪，地面电源采用E4350/E4351设备，电子负载采用N3300设备，示波器使用的泰克3054网络示波器。Agilent34980是安捷伦公司2006年推出的通用测量控制设备，该设备支持LAN测试总线技术。E4350/E4351设备是15年前推出的通用太阳电池阵模拟电源，英文名称为SolarArraySimulators，它们与电子负载N3300都支持IEEE488总线技术，不支持LAN总线，使用在原有总线上加装LAN转换模块的方法将系统升级为LAN系统，LAN转换模块使用E5810LAN/IEEE488总线转换器完成总线转换。
在这套卫星供配电测试系统中，太阳电池方阵模拟器作为地面测试期间为卫星提供电能的设备，是卫星各阶段电性能综合测试的支持设备。太阳电池方阵模拟器为卫星各设备正常工作提供必要的能源，太阳电池方阵模拟器对卫星的输出由远程测控计算机通过LAN转换模块进行控制。根据卫星太阳电池板的配置情况，太阳电池阵模拟器也分为+Y、-Y两组，每组由8个分阵组成，包括6个供电阵和2个充电阵。两组阵共有12个供电阵和4个充电阵。本测试系统中选用的E4350/E4351电源输出额定电流：0～8A，额定电压：0～60V，额定功率：480W，它是一种可模拟太阳能阵列输出特性的直流电源，可模拟表1所示的不同I-V曲线。
供配电测试系统中的电子负载用来检测太阳电池方阵模拟器输出的I-V曲线的正确性。电子负载设备包括两部分，电子负载机箱N3300A和电子负载模块N3305A。N3300A是6槽电子负载机箱，具有GPIB接口，可通过GPIB接口对机箱中的模块进行编程，也可以通过面板手动编程。每个N3305A占两个槽，每个机箱可以放置3个N3305A电子负载模块。N3305A指标如下：额定电流：0～60A，额定电压：0～150V，额定功率：500W。
地面配电器主要完成卫星的整星加断电功能。地面适配器主要完成星上分系统加断电控制功能和各种测量信号的匹配隔离功能。地面电源主要完成地面专用设备的供电功能。卫星等效器主要完成卫星的各种上下行信号模拟功能。
测量控制系统与远程测控计算机通过局域网进行连接，接口为符合IEEE802.310/100BASE-T标准协议的以太网络接口；计算机通过局域网控制测量控制系统、太阳电池阵模拟器中以及电子负载和网络示波器；电源箱通过电缆为地面配电器和地面适配器提供正常工作所需的各种指标的供电；测量控制系统通过电缆网连接地面适配器和地面配电器，完成对地面适配器和地面配电器相应电路的各项控制和采集功能。
供配电测试系统在经过上述的设计后，实现了卫星太阳电池阵的模拟，卫星的各种上下行信号模拟，完成了卫星的各种控制测量功能。系统在实际应用过程中取得了很好的应用效果，完成了预定的各种功能，并且实现了设备的网络化功能，简化了系统设计，方便了卫星测试工作的实施。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。
Claims (1)
1.一种基于LAN总线的卫星供配电测试系统，其特征在于：包括远程测控计算机、测量控制系统、地面电源、地面适配器、地面配电器、+Y太阳电池方阵模拟器、-Y太阳电池方阵模拟器、LAN总线转换器、电子负载和示波器，远程测控计算机通过LAN总线转换器设置+Y太阳电池方阵模拟器和-Y太阳电池方阵模拟器的I-V曲线输出，+Y太阳电池方阵模拟器和-Y太阳电池方阵模拟器通过地面配电器为卫星或卫星等效器进行供电，远程控制计算机通过LAN总线对测量控制系统、电子负载和示波器进行控制，电子负载对+Y和-Y太阳电池方阵模拟器输出的I-V曲线进行检测，示波器通过电子负载对+Y和-Y太阳电池方阵模拟器输出的I-V曲线进行监测，地面电源为地面配电器和地面适配器供电，测量控制系统通过地面适配器和地面配电器对卫星或卫星等效器进行控制，并对卫星或卫星等效器的供配电数据进行采集，采集的供配电数据通过LAN总线传送至远程测控计算机；
所述的地面配电器包括继电器K1、继电器开关K11、继电器开关K12、电阻R11、电阻R12、发光二极管L1，继电器开关K11串接在+Y和-Y太阳电池方阵模拟器的一端与卫星或卫星等效器的负载之间，+Y和-Y太阳电池方阵模拟器的另一端与卫星或卫星等效器的负载直接连接，继电器开关K12、电阻R11、电阻R12、发光二极管L1串联组成继电器K1的状态测量显示电路，测量控制系统通过控制继电器K1的打开和闭合使继电器开关K11打开或闭合，继电器开关K11的打开或闭合将+Y和-Y太阳电池方阵模拟器与卫星或卫星等效器的负载之间连通或断开，测量控制系统通过控制继电器K1的打开和闭合使继电器开关K12打开或闭合，继电器开关K12的打开或闭合使发光二极管L1点亮或熄灭，电阻R12的分压信号为测量控制系统提供继电器K1的状态信号，继电器K1由地面电源供电；
所述的地面适配器由卫星加断电控制测量电路和卫星自检信号测量电路组成；卫星加断电控制测量电路包括继电器K3、继电器开关K31、继电器开关K32、电阻R1、电阻R2、发光二极管L2，继电器开关K31、继电器开关K32连接在卫星或卫星等效器中继电器K2的两个控制端，电阻R1、电阻R2、发光二极管L2与卫星或卫星等效器的继电器开关K21串联，测量控制系统通过控制继电器K3的打开或闭合使继电器开关K31和继电器开关K32打开或闭合，继电器开关K31和继电器开关K32的打开或闭合控制卫星或卫星等效器中继电器K2的打开或闭合，继电器K2的打开或闭合控制继电器开关K21使发光二极管L2点亮或熄灭，电阻R2的分压信号为测量控制系统提供继电器K3的状态信号，继电器K3由地面电源供电；卫星自检信号测量电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6，光电耦合器G2、发光二极管L3和展宽电路，发光二极管L3、电阻R6、展宽电路、电阻R5和光电耦合器G2的输出端依次串联后接地面电源，电阻R4、光电耦合器G2的输入端与卫星或卫星等效器的电阻R3、门控电路G1串联，卫星或卫星等效器的门控电路G1接收到自检信号后点亮光电耦合器G2的输入端，光电耦合器G2的输出端接通，发光二极管L3点亮，由电阻R5的分压信号为测量控制系统提供卫星或卫星等效器的自检状态测量信号。
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| DC01 | Secret patent status has been lifted |