CN108594267A - 高集成一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法 - Google Patents

高集成一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法 Download PDF

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Abstract

高集成一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法，涉及卫星姿态控制部件技术领域，解决传统微小卫星信号处理单元功能单一、卫星部件接口关系复杂等问题，包括信号处理单元控制器、飞轮驱动控制电路、磁力矩器驱动控制电路、01太阳敏感器光电流信号处理和采集电路、通信电路和二次电源电路；实现磁力矩器、飞轮、01太阳敏感器等部件的集成控制和采集及其他部件，即：根据设计需要，选择可通过信号处理单元接入电源和信号的部件，如星敏感器、磁强计、GPS、数字太阳敏感器和光纤陀螺等，电源接口和信号转接，具有密度和集成度高、体积更小、质量更轻等众多优点。

Description

高集成一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法
技术领域
本发明涉及卫星姿态控制部件技术领域，具体涉及一种高集成度一体化微小卫星姿态控制系统信号处理单元的设计方法。
背景技术
微小卫星因体积小、重量轻、低成本在航天任务中应用逐渐广泛。微小卫星姿态控制部件的小型化和一体化，是实现微小卫星高度集成化的重要条件之一。飞轮和磁力矩器是微小卫星进行姿态控制的主要执行机构，01太阳敏感器、数字太阳敏感器、磁强计、星敏感器和光纤陀螺等是姿态控制的敏感机构，因此，为适应高集成度微小卫星的使用需求，开展高集成度一体化微小卫星姿态控制系统信号处理单元的研究设计意义重大。
目前现有的微小卫星信号处理单元，一般用于卫星中心计算机与飞轮、磁力距器和太阳敏感器等卫星部件数据交换，再外加飞轮和磁力距器和太阳敏感器等部件的控制电箱，导致卫星控制电箱数量多、接口关系复杂，不利于微小卫星高度集成化和一体化。
发明内容
本发明为解决传统微小卫星信号处理单元功能单一、卫星部件接口关系复杂，导致不利于微小卫星高度集成化和一体化的问题，提供一种高集成一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法。
高集成一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法，该方法包括信号处理单元控制器、飞轮驱动控制电路、磁力矩器驱动控制电路、01太阳敏感器光电流信号处理和采集电路、通信电路和二次电源电路；
所述信号处理单元控制器接收星载计算机控制，负责对01太阳敏感器、飞轮和磁力矩器的电信号进行集中处理；
具体包括：接收星载计算机发出的飞轮控制指令，输出飞轮控制信号并采集飞轮遥测信号；接收星载计算机发出的磁力矩器控制指令，输出磁力矩器控制信号并采集磁力矩器遥测信号；采集01太阳敏感器光电流处理信号。
所述飞轮驱动控制电路，负责将信号处理单元控制器输出的4组PWM控制信号进行功率放大，电路形式为逻辑驱动电路后接三相桥式电路，驱动飞轮负载工作，并提供飞轮电流遥测量给信号处理单元控制器。
所述磁力矩器驱动控制电路，负责将信号处理单元控制器输出的3组PWM控制信号进行功率放大，电路形式为逻辑驱动电路后接H桥电路，驱动磁力矩器负载工作，并提供磁力矩器电流遥测量给信号处理单元控制器。
所述01太阳敏感器光电流信号处理和采集电路，负责将01太阳敏感器光电流信号通过电流变换电压、比较放大和处理电路转换成01信号，并提供该01信号遥测量给信号处理单元控制器。
所述通信电路，可根据需要选择CAN协议或者RS422协议，实现信号处理单元与星载计算机之间的通信。
所述二次电源电路，为信号处理单元控制器、磁力矩器驱动线路，飞轮驱动线路、通信线路和01太阳敏感器采集线路提供电源，及提供保护和浪涌抑制。
所述其他部件电源接口和信号转接电路，根据设计需要，可选择通过信号处理单元接入电源和信号的部件，如星敏感器、磁强计、GPS、数字太阳敏感器和光纤陀螺等。
本发明的优点和有益效果：本发明所述的高集成度一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法，克服传统微小卫星信号处理单元功能单一、卫星部件接口关系复杂等缺点，单个电箱集成飞轮、磁力距器的驱动控制、太阳敏感器光电流处理和采集及及其他部件电源接口和信号转接等功能，具有密度和集成度高、体积更小、质量更轻等众多优点。
本发明实现磁力矩器、飞轮、01太阳敏感器等部件的集成控制和采集及其他部件(根据设计需要，选择可通过信号处理单元接入电源和信号的部件，如星敏感器、磁强计、GPS、数字太阳敏感器和光纤陀螺等)电源接口和信号转接，减少了卫星电箱数量和系统复杂度，满足微小卫星高度集成化一体化的要求。
附图说明
图1为本发明所述的高集成度一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法中信号处理单元的原理框图；
图2为本发明所述的高集成度一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法中飞轮驱动控制电路原理框图；
图3为本发明所述的高集成度一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法中磁力矩器驱动控制电路原理框图；
图4为本发明所述的高集成度一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法中01太阳敏感器光电流信号处理原理图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图4说明本实施方式，高集成一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法，包括信号处理单元，所述信号处理单元包括信号处理单元控制器、飞轮驱动控制电路、磁力矩器驱动控制电路、01太阳敏感器光电流信号处理和采集电路、通信电路、二次电源电路和其他部件(根据设计需要，选择可通过信号处理单元接入电源和信号的部件，如星敏感器、磁强计、GPS、数字太阳敏感器和光纤陀螺等)，电源接口和信号转接，具有密度和集成度高、体积更小、质量更轻等众多优点。其他部件电源接口和信号转接电路(包括星敏感器接口、磁强计接口、GPS接口、数字太阳敏感器接口和光纤陀螺接口等)。所述其他部件电源接口和信号转接电路与计算机通信。
所述星载计算机，根据卫星姿态控制需求，计算三轴磁力矩器的磁矩控制指令的大小和方向、生成PWM占空比指令，并通过通信总线发送给信号处理单元控制器；根据卫星姿态控制需求，计算四台飞轮的力矩(或转速)指令的大小和方向、生成PWM占空比指令，并通过通信总线发送给信号处理单元控制器；接收信号处理单元控制器采集的01太阳敏感器的01信号、三轴磁力矩器和四台飞轮的状态遥测信号；控制管理通过信号处理单元接入的部件，如星敏感器、磁强计GPS、数字太阳敏感器和光纤陀螺等。
所述信号处理单元控制器接受星载计算机的控制管理，根据星载计算机输出的三轴磁力矩器PWM占空比指令产生相应占空比的PWM脉冲加载到磁力矩器驱动控制电路上进行功率放大；根据星载计算机输出的四台飞轮PWM占空比指令产生相应占空比的PWM脉冲加载到飞轮驱动控制电路上进行功率放大；采集01太阳敏感器光电流处理电路得到的01信号。
结合图2说明本实施方式，所述飞轮驱动控制电路，采用三相全桥及驱动将信号处理单元控制器输出的4组PWM信号进行功率放大，其电路形式为逻辑驱动电路后接三相桥式电路，用于驱动飞轮电机负载工作；采用滤波和整形电路将霍尔信号处理后送入信号处理单元控制器；采用电流检测放大电路对飞轮电机的三相电流进行放大并通过AD采样电路送入信号处理单元控制器。
结合图3说明本实施方式，所述磁力矩器驱动控制电路，采用H桥及驱动将信号处理单元控制器输出的3组PWM信号进行功率放大，其电路形式为逻辑驱动电路后接H桥电路，用于驱动磁力矩器负载工作，采用电流检测放大电路对磁力矩器的电流进行放大并通过AD采样电路送入信号处理单元控制器。
结合图4说明本实施方式，所述01太阳敏感器光电流信号处理和采集电路，负责将01太阳敏感器光电流信号通过电流变换电压、比较放大和处理电转换成01信号，并提供该01信号遥测量给信号处理单元控制器。
所述通信电路，可根据需要选择CAN协议或者RS422协议，实现与星载计算机之间的通信。
所述二次电源电路，为信号处理单元控制器、磁力矩器驱动线路，飞轮驱动线路、通信线路和01太阳敏感器采集线路提供电源，及提供保护和浪涌抑制。

Claims (4)

1.高集成一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法，该方法包括信号处理单元控制器、飞轮驱动控制电路、磁力矩器驱动控制电路、01太阳敏感器光电流信号处理和采集电路、通信电路和二次电源电路；其特征是；
所述信号处理单元控制器用于接收星载计算机发出的飞轮控制指令，输出飞轮控制信号并采集飞轮遥测信号；接收星载计算机发出的磁力矩器控制指令，输出磁力矩器控制信号并采集磁力矩器遥测信号以及采集01太阳敏感器光电流处理信号；
所述飞轮驱动控制电路用于将信号处理单元控制器输出的PWM控制信号进行功率放大并驱动飞轮负载工作，同时提供飞轮电流遥测量给信号处理单元控制器；
所述磁力矩器驱动控制电路用于将信号处理单元控制器输出的PWM控制信号进行功率放大并驱动磁力矩器负载工作，同时提供磁力矩器电流遥测量给信号处理单元控制器；
所述01太阳敏感器光电流信号处理和采集电路用于将01太阳敏感器光电流信号通过电流变换电压、比较放大和处理电路并转换成01信号，同时提供该01信号遥测量至信号处理单元控制器；
所述通信电路用于选择相应的通信协议，实现信号处理单元控制器与星载计算机之间的通信；
所述二次电源电路为信号处理单元控制器、磁力矩器驱动控制电路、飞轮驱动控制电路、通信电路和01太阳敏感器光电流信号处理和采集电路提供电源及提供保护和浪涌抑制。
2.根据权利要求1所述的高集成一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法，其特征在于，还包括电源接口和信号转接电路，通过信号处理单元接入电源和信号的外部设备。
3.根据权利要求2所述的高集成一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法，其特征在于，外部设置包括星敏感器、磁强计、GPS、数字太阳敏感器和光纤陀螺。
4.根据权利要求1所述的高集成一体化微小卫星姿态控制信号处理单元的设计方法，其特征在于，所述通信电路根据需要选择CAN协议或RS422协议，实现信号处理单元控制器与星载计算机之间的通信。
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