CN108572376A - 一种自旋稳定气象卫星扫描同步器 - Google Patents

一种自旋稳定气象卫星扫描同步器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自旋稳定气象卫星扫描同步器，包括基准选择电路、模拟锁相倍频电路、β角补偿脉冲产生与修正电路、β角积累误差修正电路和同步控制信号产生电路，基准选择电路包括滤波器、整形器和四选一模拟开关，模拟锁相倍频电路包括锁相环、环路滤波器和216分频器，β角补偿脉冲产生与修正电路包括晶振、223分频器、单稳态触发器和或门芯片，β角积累误差修正电路包括24分频器、延时器、RS触发器、与门芯片和二选一模拟开关，同步控制信号产生电路包括12位二进制串行计数器、译码器和驱动芯片。本发明实现了超低频输入信号的快速锁定，可以保证工作过程中的高稳定性，脉冲补偿功能易实现，保证了高补偿精度。

Description

一种自旋稳定气象卫星扫描同步器
技术领域
本发明涉及一种扫描同步器，特别是涉及一种自旋稳定气象卫星扫描同步器。
背景技术
对于卫星姿态控制为自旋稳定，运行在地球静止轨道上的气象卫星而言，其主要的任务为及时准确地获取气象云图，完成对地遥感观测任务。卫星的主要探测仪器为扫描辐射计。气象云图的获取是依靠扫描辐射计的望远镜筒随着卫星星体的自旋来实现瞬时视场对地球东、西向的扫描，依靠扫描辐射计镜头本身的步进来实现南、北向的覆盖。要得到清晰的云图照片，必须保证扫描辐射计镜头随星体旋转一周时能准确对目标摄取图像，并且扫描线的起、止要逐行对齐。因此在自旋稳定气象卫星中，卫星扫描同步技术是十分重要的。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。因此，为满足自旋稳定气象卫星对扫描同步技术的实际应用需求，开展了扫描同步器的研制。
发明内容
为满足自旋稳定气象卫星对扫描同步技术的应用需求，本发明所要解决的技术问题是提供一种自旋稳定气象卫星扫描同步器，实现对星载扫描辐射计和S波段转发器这两台仪器的有效控制。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种自旋稳定气象卫星扫描同步器，包括基准选择电路、模拟锁相倍频电路、β角补偿脉冲产生与修正电路、β角积累误差修正电路和同步控制信号产生电路，所述基准选择电路用于接收由卫星精太阳敏感器发送的精A太阳脉冲信号精、精B太阳脉冲信号精和由控制系统通过模拟遥测发送的南地中脉冲信号、北地中脉冲信号，并根据地面遥控指令进行基准选择，确定选择一路精太阳或地中信号作为输入基准角度钟信号，该基准角度钟信号送入所述模拟锁相倍频电路后，经过216倍频，得到精度为0.0055°/脉冲的角度钟；对以精太阳信号为基准的角度钟在所述β角补偿脉冲产生与修正电路内进行β角补偿，其中，β角为太阳与卫星自旋轴及地球与卫星自旋轴组成的两个平面所形成的夹角，使其变换成以地球为参考基准的角度钟；经过补偿后的角度钟在所述β角积累误差修正电路内经24分频后，得到精度为0.088°/脉冲的角度钟；精度为0.088°/脉冲的角度钟经过所述同步控制信号产生电路内的译码器译码后，产生与卫星自旋保持同步的时序信号，送到扫描辐射计来控制原始云图生成过程中扫描辐射计的相关动作，同时，所述同步控制信号产生电路向S波段转发器提供“正常转发”和“强迫数传”状态控制信号，控制S波段转发器的“正常转发”和“强迫数传”状态；当以地中信号为基准时，则不进行β角补偿操作。
优选地，当以精太阳信号为基准时，由晶振产生振荡频率为6.36296MHz的基准脉冲，经223分频后，得到每1.32S补偿一次的脉冲。
优选地，当β角补偿积累误差大于或小于0.088°/脉冲时，可由地面发送遥控指令进行加脉冲或减脉冲补偿。
优选地，所述基准选择电路包括滤波器、整形器和四选一模拟开关，精A太阳脉冲信号、精B太阳脉冲信号、南地中脉冲信号、北地中脉冲信号和基准选择控制指令通过滤波器滤除脉冲信号上的高频毛刺，然后通过整形器对脉冲信号进行脉冲幅度调整使之满足四选一模拟开关的输入要求，四选一模拟开关在基准选择控制指令的控制下最终确定选择一路精太阳或地中信号作为输入基准角度钟信号。
优选地，所述模拟锁相倍频电路包括锁相环、环路滤波器和216分频器，基准角度钟信号经过锁相环处理后实现216倍频从而得到0.0055°/脉冲的角度钟信号，该角度钟信号经过216分频器后输出一个与基准角度钟信号频率相同但相位存在误差的信号，该信号通过锁相环的比较处理后输出一控制锁相环的直流电压信号，该直流电压信号经环路滤波器滤除高频成分后输出，实现对基准角度钟信号的跟踪。
优选地，所述β角补偿脉冲产生与修正电路包括晶振、223分频器、单稳态触发器和或门芯片，晶振产生振荡频率为6.36296MHz的基准脉冲，经过223分频器计数分频后，得到每1.32S补偿一次的脉冲；同时，角度钟信号通过单稳态触发器进行脉宽调整后通过或门芯片和补偿脉冲进行逻辑或运算，实现脉冲补偿功能。
优选地，所述β角积累误差修正电路包括24分频器、延时器、RS触发器、与门芯片和二选一模拟开关，补偿后的角度钟经过24分频器后一分为三，一路经过延时器的延时补偿作用后的角度钟与另一路没经过延时处理的信号在与门芯片内进行逻辑与操作，得到经过减脉冲修正的角度钟；RS触发器对加减脉冲遥控指令响应后控制二选一模拟开关对加脉冲角度钟或减脉冲角度钟进行选择性输出，保证最终输出0.088°/脉冲的角度钟。
优选地，所述同步控制信号产生电路包括12位二进制串行计数器、译码器和驱动芯片，0.088°/脉冲的角度钟经过12位二进制串行计数器进行二进制编码得到译码控制字，该译码控制字驱动译码器实现状态控制信号的输出以及原始时序信号的生成；在驱动芯片的作用下，原始时序信号经过整形与匹配后得到满足50Ω传输阻抗电路使用要求的时序信号
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)彻底解决自旋稳定气象卫星扫描同步的技术难点，实现超低频输入信号的快速锁定，并且可以保证工作过程中的高稳定性。
2)对输入信号时序要求不高，脉冲补偿功能易实现，确保不发生脉冲漏补与多补的情况，保证了高补偿精度。
3)选用的元器件可靠性高，保证产品在轨的长寿命工作。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明实施例一种自旋稳定气象卫星扫描同步器原理框图。
图2为本发明实施例一种自旋稳定气象卫星扫描同步器中基准选择电路原理框图。
图3为本发明实施例一种自旋稳定气象卫星扫描同步器中模拟锁相倍频电路原理框图。
图4为本发明实施例一种自旋稳定气象卫星扫描同步器中β角补偿脉冲产生及修正电路原理框图。
图5为本发明实施例一种自旋稳定气象卫星扫描同步器中β角积累误差修正电路原理框图。
图6为本发明实施例一种自旋稳定气象卫星扫描同步器中同步控制信号产生电路原理框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种自旋稳定气象卫星扫描同步器，包括基准选择电路1、模拟锁相倍频电路2、β角补偿脉冲产生与修正电路3、β角积累误差修正电路4和同步控制信号产生电路5，所述基准选择电路1接收由卫星精太阳敏感器发送的两路精太阳脉冲信号(精A、精B)和由控制系统通过模拟遥测发送的两路地中脉冲信号(南地中、北地中)，并根据地面遥控指令进行基准选择控制，最终确定选择一路精太阳或地中信号作为输入基准角度钟信号；该基准角度钟信号送入模拟锁相倍频电路2后，经216倍频，得到精度为0.0055°/脉冲的角度钟。当以精太阳信号为基准时，由β角补偿脉冲产生与修正电路3内的晶振产生振荡频率为6.36296MHz的基准脉冲，经223分频后，得到每1.32S补偿一次的脉冲，对以精太阳信号为基准的角度钟进行β角补偿(太阳与卫星自旋轴及地球与卫星自旋轴组成的两个平面所形成的夹角称为β角)，使其变换成以地球为参考基准的角度钟。当以地中信号为基准时，则不进行β角补偿操作。经过补偿后的角度钟在β角积累误差修正电路4内经24分频后，得到精度为0.088°/脉冲的角度钟。当β角补偿积累误差大于或小于0.088°/脉冲时，可由地面发送遥控指令进行加脉冲或减脉冲补偿。精度为0.088°/脉冲的角度钟经过同步控制信号产生电路5内的译码器译码后，产生与卫星自旋保持同步的时序信号，送到扫描辐射计来控制原始云图生成过程中扫描辐射计的相关动作。同时，同步控制信号产生电路5向S波段转发器提供“正常转发”和“强迫数传”状态控制信号，控制S波段转发器的“正常转发”和“强迫数传”状态。
本具体实施中所有功能电路均采用成熟的功能模块，具体的：
如图2所示，所述基准选择电路1包括滤波器6、整形器7和四选一模拟开关8，两路精太阳脉冲信号(精A、精B)、两路地中脉冲信号(南地中、北地中)和基准选择控制指令通过滤波器6后可滤除脉冲信号上的高频毛刺，整形器7对脉冲信号进行脉冲幅度调整使之满足四选一模拟开关8的输入要求，四选一模拟开关8在基准选择控制指令的控制下最终确定选择一路精太阳或地中信号作为输入基准角度钟信号。
如图3所示，所述模拟锁相倍频电路包括锁相环9、环路滤波器10和216分频器11。基准角度钟信号经过锁相环9的处理后实现216倍频从而得到0.0055°/脉冲的角度钟，该角度钟信号经过216分频器11后输出一个与基准角度钟信号频率相同但相位存在误差的信号，该信号通过锁相环9的比较处理后会输出控制锁相环9的直流电压信号来实现对基准角度钟信号的跟踪。环路滤波器10的功能是滤除直流电压上的高频成分，使得角度钟信号频率更稳定。
如图4所示，所述β角补偿脉冲产生与修正电路包括晶振12、223分频器13、单稳态触发器14和或门芯片15。晶振12产生振荡频率为6.36296MHz的基准脉冲，经过223分频器13计数分频后，得到每1.32S补偿一次的脉冲；同时，角度钟信号通过单稳态触发器14进行脉宽调整后通过或门芯片15和补偿脉冲进行逻辑或运算，实现脉冲补偿功能。
如图5所示，所述β角积累误差修正电路包括24分频器16、延时器17、RS触发器18、与门芯片19和二选一模拟开关20。补偿后的角度钟经过24分频器16后一分为三，一路经过延时器17的延时补偿作用后的角度钟与另一路没经过延时处理的信号在与门芯片19内进行逻辑与操作，得到经过减脉冲修正的角度钟。RS触发器18对加减脉冲遥控指令响应后控制二选一模拟开关20对加脉冲角度钟或减脉冲角度钟进行选择性输出，保证最终输出0.088°/脉冲的角度钟。
如图6所示，所述同步控制信号产生电路包括12位二进制串行计数器21、译码器22和驱动芯片23。0.088°/脉冲的角度钟经过12位二进制串行计数器21进行二进制编码得到译码控制字。该译码控制字又驱动译码器22实现状态控制信号的输出以及原始时序信号的生成。在驱动芯片23的作用下，原始时序信号经过整形与匹配后得到满足50Ω传输阻抗电路使用要求的时序信号。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种自旋稳定气象卫星扫描同步器，其特征在于，包括基准选择电路、模拟锁相倍频电路、β角补偿脉冲产生与修正电路、β角积累误差修正电路和同步控制信号产生电路，所述基准选择电路用于接收由卫星精太阳敏感器发送的精A太阳脉冲信号精、精B太阳脉冲信号精和由控制系统通过模拟遥测发送的南地中脉冲信号、北地中脉冲信号，并根据地面遥控指令进行基准选择，确定选择一路精太阳或地中信号作为输入基准角度钟信号，该基准角度钟信号送入所述模拟锁相倍频电路后，经过216倍频，得到精度为0.0055°/脉冲的角度钟；对以精太阳信号为基准的角度钟在所述β角补偿脉冲产生与修正电路内进行β角补偿，其中，β角为太阳与卫星自旋轴及地球与卫星自旋轴组成的两个平面所形成的夹角，使其变换成以地球为参考基准的角度钟；经过补偿后的角度钟在所述β角积累误差修正电路内经24分频后，得到精度为0.088°/脉冲的角度钟；精度为0.088°/脉冲的角度钟经过所述同步控制信号产生电路内的译码器译码后，产生与卫星自旋保持同步的时序信号，送到扫描辐射计来控制原始云图生成过程中扫描辐射计的相关动作，同时，所述同步控制信号产生电路向S波段转发器提供“正常转发”和“强迫数传”状态控制信号，控制S波段转发器的“正常转发”和“强迫数传”状态；当以地中信号为基准时，则不进行β角补偿操作。
2.如权利要求1所述的一种自旋稳定气象卫星扫描同步器，其特征在于，当以精太阳信号为基准时，由晶振产生振荡频率为6.36296MHz的基准脉冲，经223分频后，得到每1.32S补偿一次的脉冲。
3.如权利要求1所述的一种自旋稳定气象卫星扫描同步器，其特征在于，当β角补偿积累误差大于或小于0.088°/脉冲时，可由地面发送遥控指令进行加脉冲或减脉冲补偿。
4.如权利要求1所述的一种自旋稳定气象卫星扫描同步器，其特征在于，所述基准选择电路包括滤波器、整形器和四选一模拟开关，精A太阳脉冲信号、精B太阳脉冲信号、南地中脉冲信号、北地中脉冲信号和基准选择控制指令通过滤波器滤除脉冲信号上的高频毛刺，然后通过整形器对脉冲信号进行脉冲幅度调整使之满足四选一模拟开关的输入要求，四选一模拟开关在基准选择控制指令的控制下最终确定选择一路精太阳或地中信号作为输入基准角度钟信号。
5.如权利要求1所述的一种自旋稳定气象卫星扫描同步器，其特征在于，所述模拟锁相倍频电路包括锁相环、环路滤波器和216分频器，基准角度钟信号经过锁相环处理后实现216倍频从而得到0.0055°/脉冲的角度钟信号，该角度钟信号经过216分频器后输出一个与基准角度钟信号频率相同但相位存在误差的信号，该信号通过锁相环的比较处理后输出一控制锁相环的直流电压信号，该直流电压信号经环路滤波器滤除高频成分后输出，实现对基准角度钟信号的跟踪。
6.如权利要求1所述的一种自旋稳定气象卫星扫描同步器，其特征在于，所述β角补偿脉冲产生与修正电路包括晶振、223分频器、单稳态触发器和或门芯片，晶振产生振荡频率为6.36296MHz的基准脉冲，经过223分频器计数分频后，得到每1.32S补偿一次的脉冲；同时，角度钟信号通过单稳态触发器进行脉宽调整后通过或门芯片和补偿脉冲进行逻辑或运算，实现脉冲补偿功能。
7.如权利要求1所述的一种自旋稳定气象卫星扫描同步器，其特征在于，所述β角积累误差修正电路包括24分频器、延时器、RS触发器、与门芯片和二选一模拟开关，补偿后的角度钟经过24分频器后一分为三，一路经过延时器的延时补偿作用后的角度钟与另一路没经过延时处理的信号在与门芯片内进行逻辑与操作，得到经过减脉冲修正的角度钟；RS触发器对加减脉冲遥控指令响应后控制二选一模拟开关对加脉冲角度钟或减脉冲角度钟进行选择性输出，保证最终输出0.088°/脉冲的角度钟。
8.如权利要求1所述的一种自旋稳定气象卫星扫描同步器，其特征在于，所述同步控制信号产生电路包括12位二进制串行计数器、译码器和驱动芯片，0.088°/脉冲的角度钟经过12位二进制串行计数器进行二进制编码得到译码控制字，该译码控制字驱动译码器实现状态控制信号的输出以及原始时序信号的生成；在驱动芯片的作用下，原始时序信号经过整形与匹配后得到满足50Ω传输阻抗电路使用要求的时序信号。
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