CN106066428A - 一种测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置 - Google Patents

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李存惠
薛玉雄
马少君
安恒
杨生胜
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Abstract

一种测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置，其包括单极子天线、电控单元，且单极子天线通过电缆将传感到的瞬态电场脉冲信号传输至电控单元，供电控单元采集、处理并将有效数据存储后传输至地面分析。与现有的技术相比，本发明采用单极子天线和电控单元结合的方式，可以实现航天器静电放电产生电磁脉冲的在轨原位测量；在轨检测航天器静电放电产生电磁脉冲的测量装置及方法可以实现窄脉宽、高幅值类型放电脉冲的测量，且整个装置具有数据量小、功耗低、重量轻的特点。

Description

一种测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置
技术领域
本发明涉及测试技术领域，尤其涉及一种测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置。
背景技术
由于卫星系统复杂，每个卫星带电情况各异，造成卫星静电放电复杂多样，随机性大，放电脉冲与卫星的耦合特性也异常复杂，耦合到敏感电缆的放电脉冲幅度及放电频谱范围很宽。静电放电产生的瞬态电场脉冲信号为单次信号，其脉冲的幅度和大小与放电的强度有关，脉冲的宽度与放电的持续时间有关，一般在几十ns到几μs。
考虑到记录脉冲宽度从几十ns到几μs量级脉冲的完整的波形将产生大量的数据，同时处理和传输这些数据将花费大量的时间和数据传输带宽，空间搭载载荷由于功耗和体积的限制，因此在放电波形的测量上考虑可实现性，应只记录脉冲进数，并对脉冲特性(脉冲正负幅值、脉宽)进行检测。其中，脉冲事件计数是指对单次脉冲包络的计数，脉冲幅值是指单次脉冲包络的最大幅值，脉宽是指单次脉冲事件中高于阈值的脉冲包络持续时间。
发明内容
本发明提供一种测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置，实现了脉冲特征参数的提取。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置，其包括单极子天线、电控单元，且单极子天线通过电缆将传感到的瞬态电场脉冲信号传输至电控单元， 供电控单元采集、处理并将有效数据存储后传输至地面分析。
进一步的，所述电控单元包括：脉冲信号调理模块、二次电源模块、控制模块、通信模块；二次电源模块与星上配电器相接，为控制模块、通信模块供电；控制模块控制控制模块、通信模块的相应工作；脉冲信号调理模块对瞬态电场脉冲信号进行比例调整。
进一步的，单极子天线由辐射振子、套筒和同轴传输线组成。
进一步的，单极子天线的辐射振子为长100mm、直径为6mm的实心圆柱体。
进一步的，单极子天线采用同轴线馈电，馈电点在天线内部，天线所检测的信号经50Ω同轴射频电缆引入电控单元。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
采用单极子天线和电控单元结合的方式，可以实现航天器静电放电产生电磁脉冲的在轨原位测量；在轨检测航天器静电放电产生电磁脉冲的测量装置及方法可以实现窄脉宽、高幅值类型放电脉冲的测量，且整个装置具有数据量小、功耗低、重量轻的特点。
附图说明
图1为本发明的测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置示意图；
图2为本发明的电控单元具体组成图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置包括单极子天线1、电控单元2，且单极子天线1通过电缆将传感到的瞬态电场脉冲信号传输 至电控单元2，供电控单元2采集、处理并将有效数据存储后传输至地面分析。
所述电控单元2包括：脉冲信号调理模块3、二次电源模块4、控制模块5、通信模块6；二次电源模块4与星上配电器相接，为控制模块5、通信模块6供电；控制模块5控制控制模块5、通信模块6的相应工作；脉冲信号调理模块3对瞬态电场脉冲信号进行比例调整。
(1)单极子天线由辐射振子、套筒和同轴传输线组成。天线辐射振子为长100mm、直径为6mm的实心圆柱体，外表面起接收辐射电磁波的作用，需做镀金处理；单极子天线采用同轴线馈电，馈电点在天线内部，天线所检测的信号经50Ω同轴射频电缆引入电控单元。同轴传输线内芯接天线内导体上半部分，外皮接天线内导体下半部分，天线和同轴传输线之间用标准的射频同轴连接器SMA连接，在天线的安装面下部预制1/4-36UNS-2A的母头。安装底座上留4×Ф2.2的安装孔，用M2的沉头螺钉将单极子天线安装于星体表面；
(2)脉冲信号调理模块3主要有比例调整、高速A/D变换构成。信号接口主要实现比例调整，由于A/D变换输入范围是±2V，而放电信号输入高达50V，需进行50：1的比例调整，才能满足A/D变换的输入要求；高速A/D变换采用AD公司的AD10200BZ/QMLH，由采样速率可达100MHz的两路独立的14位A/D组成，在采样时，以100MHz的采样速率工作，可以满足最高20ns信号的采样要求；
(3)二次电源模块4包括滤波器、DC/DC模块、电源遥控接口电路，主要实现把星上一次母线电源，变换为电控单元所需的各种电源。滤波器选用型号为WHFME100-461-100，DC/DC模块采用宇航用厚膜电源DYDD/100-512-30/T1；电源遥控指令包含2条开关机矩阵指令，由PLISU按照矩阵指令方式发送，指令电压28V，脉宽104ms；
(4)控制模块5采用XILINX公司的SRAM型FPGA实现采样控制功能，具体选用型号为XQR2V1000-4BG575，采样控制部分收到检测启动指令后，为高速A/D提供采样时钟，在采样时钟的驱动下，高速A/D对比例调整后的瞬态脉冲信号进行高速采集，并将变换后的数据送入采样控制部分进行数据的阈值比较、极值识别、脉宽计算、脉冲计数等要求的功能。
(5)通信模块6选用BU-61580接口芯片设计，共有1553B遥测信号26条，打包后由综合电子分系统的1553B总线采集。通讯接口：标准总线XYDZ0801-2-X04、XYDZ0801-2-X05分别为总线A,总线B。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置，其特征在于，包括单极子天线(1)、电控单元(2)，且单极子天线(1)通过电缆将传感到的瞬态电场脉冲信号传输至电控单元(2)，供电控单元(2)采集、处理并将有效数据存储后传输至地面分析。
2.如权利要求1所述的一种测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置，其特征在于，所述电控单元(2)包括：脉冲信号调理模块(3)、二次电源模块(4)、控制模块(5)、通信模块(6)；二次电源模块(4)与星上配电器相接，为控制模块(5)、通信模块(6)供电；控制模块(5)控制控制模块(5)、通信模块(6)的相应工作；脉冲信号调理模块(3)对瞬态电场脉冲信号进行比例调整。
3.如权利要求1所述的一种测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置，其特征在于，单极子天线(1)由辐射振子、套筒和同轴传输线组成。
4.如权利要求3所述的一种测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置，其特征在于，单极子天线(1)的辐射振子为长100mm、直径为6mm的实心圆柱体。
5.如权利要求3所述的一种测量航天器静电放电产生电磁脉冲的装置，其特征在于，单极子天线(1)采用同轴线馈电，馈电点在天线内部，天线所检测的信号经50Ω同轴射频电缆引入电控单元(2)。
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