CN109596122B - 一种通用型星敏感器数据测试处理器 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种通用型星敏感器数据测试处理器中，1553B通讯模块模拟星上计算机，向星敏感器发送控制指令，接收星敏感器姿态数据包和过程数据包；产品电源控制模块按照通断电时间指令对星敏感器进行自动化的通/断电操作；数据采集/存储与显示模块将数据包解码、显示并存储，绘制各遥测量曲线；外部时间基准校时模块将外部时间基准信号通过串口发送至星敏感器；电星模软件根据实际轨道动力学/激励文件输入的激励数据产生固定格式的星点质心数据、星点波门图像数据，通过地测口发送至星敏感器。本发明小巧轻便、使用便捷，支持1553B总线，可实时监控星敏感器电源状态，并依据程序设定自动化进行电/断电操作。本发明数据存储集中，方便查阅。
Description
技术领域
本发明涉及一种通用型星敏感器数据测试处理器。
背景技术
星敏感器是空间飞行器GNC系统的关键部件，是基于计算机视觉测量理论研制的空间精密仪器，主要用于空间飞行器三轴姿态测量和空间飞行器导航。星敏感器通常由光学及精密结构系统、光电探测器及信号处理电路和软件等三部分组成。基于计算机视觉测量理论，以恒星稳定的光信号作为输入，星敏感器可以得到恒星在其本体坐标系内的精确位置，再由其内部星表存储的恒星基于地心惯性坐标系的位置信息，可以得到星敏感器本体相对于地心惯性坐标系的三轴姿态信息，从而得到空间飞行器本体相对于地心惯性系的三轴姿态信息。
星敏感器装调后的整机电性能测试是保证星敏感器在轨工作正常的重要一环，测试项目主要包括通讯指令测试、电星模测试、软件测试、图像测试、环境测试等。1553B总线通讯是一种常用的星上通讯协议，现有的使用1553B总线通讯的星敏感器测试主要方法为将星敏感器与多台测试计算机直连。测试时由测试计算机发送ETR信号、发送电星模数据、收发控制指令与应答。另有一台直流电源直接给星敏感器供电，电源开关由手动控制。使用星敏感器数据测试处理器可使测试过程轻便简洁，但现有的数据测试处理器不支持1553B总线通讯，无法对1553B总线的星敏感器进行测试。
发明内容
本发明的目的是提供一种通用型星敏感器数据测试处理器，用于各型号使用1553B总线通讯的星敏感器的测试，满足不同星敏感器不同测试项目的测试需求。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种通用型星敏感器数据测试处理器，连接星敏感器和上位机；所述处理器包含：
1553B通讯模块，其模拟星上计算机，向星敏感器发送控制指令，接收星敏感器姿态数据包和过程数据包；
产品电源控制模块，按照通断电时间指令对星敏感器进行自动化的通/断电操作；
数据采集/存储与显示模块，将数据包解码、显示并存储，绘制各遥测量曲线；
外部时间基准校时模块，将外部时间基准信号通过串口发送至星敏感器；
电星模软件，根据实际轨道动力学/激励文件输入的激励数据产生固定格式的星点质心数据、星点波门图像数据，通过地测口发送至星敏感器。
优选地，所述处理器与上位机通过以太网接口通信连接，接收各测试相关的控制指令及动力学数据，将星敏感器对控制指令的应答数据、姿态数据、过程数据、ETR秒脉冲、电源状态监控信息转发给星敏感器集成测试软件。
优选地，所述1553B通讯模块单通道冗余，通过BC功能发送周期消息及非周期消息，周期消息的时间周期精度为500ns，非周期消息支持不同优先级；所述1553B通讯模块将星敏感器应答数据转发给上位机的星敏感器集成测试软件。
优选地，所述产品电源控制模块实时检测给星敏感器供电的直流电源的电压和电流值，并可通过1553B总线指令控制星敏感器头部的通/断电；所述产品电源控制模块对星敏感器的通/断电操作，采用脉冲控制，通过多路OC门进行指令控制。
优选地，所述产品电源控制模块在处理器板面上设置了对应多台星敏感器的供电指示灯，灯亮表示通电、灯灭表示断电。
优选地，在星敏感器产品进行环境试验考核时，所述产品电源控制模块按照基于实际试验环境设定产品通断电时间指令的指令文件，在供电电压和电流超出故障情况判据时，切断直流电源对产品的供电；
判定为电源故障的判据，包含：
42V供电时，电压超出42V±20％的范围；28V供电时，电压超出28V±20％的范围；5V供电时，电压超出5V±10％的范围；以及，
产品制冷关时，供电电流超出正常工作电流20％时；
产品制冷开时，供电电流超出最大工作电流20％时。
优选地，星敏感器的姿态数据包和过程数据包通过1553B通讯模块传输后，上位机定时采集星敏感器遥测数据，向已连接的客户端计算机广播，并保存于数据库中；所述数据采集/存储与显示模块模块提供网页服务器，使各客户端得以通过浏览器访问用户界面，对数据库的历史数据进行回放与查看；所述数据采集/存储与显示模块模块提供遥测数据可视化方式，包括数据监控、数据表格、数据图表、星点图。
优选地，所述外部时间基准校时模块采用定制型ETR板卡，提供多路ETR信号，通过RS422接口实现对星敏感器的ETR校时，外部时间基准信号的信号周期为1ms～10s任意可调，最小计数单位为1ms；脉冲宽度为1us～1s任意可调，脉冲宽度小于信号周期，最小计数单位为1us。
优选地，所述处理器通过预先设定的TCP/IP通路接收参考四元数，生成对应天区的星点质心坐标集合，并通过串口或LVDS口发送至星敏感器；
所述电星模软件模拟全天球星空，实现电星模功能的流程，包含：
S1、选择星点质心数据协议与星敏通信接口；
S2、等待接收四元素及UTC时间，执行S6；
S3、获取文件中姿态星点坐标数据；
S4、根据S3，姿态星点坐标内为四元素的，执行S6；
S5、根据S3，姿态星点坐标内为星点坐标的，根据探测星灰度进行排列，获取姿态星点数据包中的UTC，执行S7；
S6、进行电星模计算，从星库文件筛选适合的星点集合并根据星等进行升序排列，分别获取接收的UTC和姿态星点数据包中的UTC，执行S7；
S7、按星点质心数据协议组帧，根据判断在不等待触发或等待触发后，发送给星敏感器，并返回计算数据；
S8、根据判断在不等待应答或等待星敏应答后，执行S2、S3。
本发明采用的方法，与现有技术相比，其优点和有益效果是：
1)现有方法对电脑配置要求较高，多台电脑必须随星敏感器拆装，使用不便。而本发明使用便捷，测试时，测试计算机只要与数据测试处理器网线相连，数据测试处理器本身小巧轻便。同时一台测试计算机通过连接多个数据测试处理器可以同时测试多台星敏感器。
2)现有方法无法对电源状态进行监控，且无法自动化进行上电/断电操作。而本发明可以实时监控星敏感器电源状态，并且可以依据程序设定自动化进行电/断电操作。
3)现有方法数据管理不集中，存储分散。而本发明数据管理集中，存储集中，方便查阅。
4)现有数据测试处理器不支持1553B总线，本发明填补了此项技术空白。
附图说明
下面将结合附图对本发明作进一步详细的说明：
图1为通用型星敏感器数据测试处理器系统组成框图；
图2为测试处理器的斜视图；
图3为外部时间基准信号时序图；
图4为电星模软件功能流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种通用型星敏感器数据测试处理器，主要包含了1553B通讯模块、产品电源控制模块、数据采集/存储与显示模块、外部时间基准校时模块、电星模软件，以及外部电源、以太网交换机、机柜、配套电缆等系统附件。
其中，1553B通讯模块可以模拟星上计算机，实现与星敏感器之间控制命令的收发功能，用于给星敏感器发送控制指令，接收星敏感器姿态数据包和过程数据包。产品电源控制模块可以在产品进行环境试验考核时，按照指令文件(根据实际试验环境设定产品具体通断电时间指令)对星敏感器进行自动化的通/断电操作。同时，实时采集直流电源的电压和电流信息，检测产品供电情况，若电源工作状态不正常时，对星敏感器执行断电操作。数据采集/存储与显示模块负责将数据包解码、显示并存储，绘制各遥测量曲线。外部时间基准校时模块将外部时间基准(ETR)信号通过串口发送至星敏感器，ETR信号周期与脉冲宽度可调。电星模软件根据实际轨道动力学/激励文件输入的激励数据产生固定格式的星点质心数据、星点波门图像数据，通过地测口发送至星敏感器。
如图1所示，给出了通用型星敏感器数据测试处理器的组成以及连接情况，图2给出了该处理器的测试线路盒上各接口布局的示例。本发明的具体实施方式如下：
(1)1553B通讯模块用于给星敏感器发送控制指令，接收星敏感器姿态数据包和过程数据包。在数据发送和接收过程中，若出现包头、校验和、字节长度与协议要求不一致时，记录通信错误的数据包，累加错误依次递增。星敏感器应答数据通过以太网接口转发给上位机的星敏感器集成测试软件。1553B通讯模块单通道冗余。该模块BC功能发送周期消息及非周期消息，周期消息的时间周期精度为500ns，非周期消息支持不同优先级，可满足星敏感器星上通讯指令测试的需要。
(2)产品电源控制模块保证了星敏感器安全可靠地运行，该模块实时检测给星敏感器供电的直流电源的电压和电流值，并可通过1553B总线指令控制星敏感器头部的通/断电。处理器板面上有对应多台星敏感器供电指示灯，灯亮表示通电、灯灭表示断电。针对星敏感器的通/断电操作，采用脉冲控制，控制信号由4路OC门进行指令控制，信号默认电平为悬空，使能电平为0，使用的继电器型号为4JRB-4，脉冲时间160ms±10ms。产品电源控制模块具有安全保护功能，当供电电压和电流超出故障情况判据时，切断直流电源对产品的供电。判据如下：
a)42V供电时，电压超出42V±20％的范围，则判定为电源故障；28V供电时，电压超出28V±20％的范围，则判定为电源故障；5V供电时，电压超出5V±10％的范围，则判定为电源故障。
b)产品制冷关时，供电电流超出正常工作电流20％时，则判定为电源故障；制冷开时，供电电流超出最大工作电流20％时，则判定为电源故障。
(3)数据采集/存储与显示模块：星敏感器的姿态数据包和过程数据包通过1553B通讯模块传输后，CPU软件定时采集星敏感器遥测数据，向已连接的客户端计算机广播，并保存于数据库中。该模块提供网页服务器，使得各客户端仅通过浏览器即可访问用户界面；该模块提供对数据库历史数据的回放与查看；该模块提供遥测数据可视化方式，包括数据监控、数据表格、数据图表、星点图等形式。数据监控指对所有遥测数据提供界面显示某一时刻遥测数据数值，提供监控；数据表格对所有遥测数据提供表格显示一段时间内的遥测数据；数据图表指对所有遥测数据皆可绘制一段时间内某几组遥测数据的数据图表；星点图为对星点数据绘制某一时刻星敏感器星点在坐标系中的位置。
(4)外部时间基准校时模块：即ETR校时模块，该模块共四路ETR信号，采用定制型ETR板卡。对星敏感器的ETR校时采用RS422接口实现，当测试处理器接收到上位机ETR信号开指令后，对应通道产生ETR信号，信号周期为1ms～10s任意可调，最小计数单位为1ms。脉冲宽度为1us～1s任意可调，脉冲宽度小于信号周期，最小计数单位为1us。图3给出了ETR信号的时序图。
(5)电星模软件：该软件的主要功能为模拟全天球星空。测试处理器通过预先设定的通路(TCP/IP)接收参考四元数，生成对应天区的星点质心坐标集合，并通过串口或LVDS口发送至星敏感器。
电星模功能流程图如图4所示：
S1、选择星点质心数据协议与星敏通信接口；
S2、等待接收四元素及UTC时间，执行S6；
S3、获取文件中姿态星点坐标数据；
S4、根据S3，姿态星点坐标内为四元素的，执行S6；
S5、根据S3，姿态星点坐标内为星点坐标的，根据探测星灰度进行排列，获取姿态星点数据包中的UTC，执行S7；
S6、进行电星模计算，从星库文件筛选适合的星点集合并根据星等进行升序排列，分别获取接收的UTC和姿态星点数据包中的UTC，执行S7；
S7、按星点质心数据协议组帧，根据判断在不等待触发或等待触发后，发送给星敏感器，并返回计算数据；
S8、根据判断在不等待应答或等待星敏应答后，执行S2、S3。
综上所述，本发明可满足实验室内星敏感器通讯指令测试、电星模测试、软件测试、图像测试、环境测试等各项测试任务，使各型星敏感器的测试更加方便、智能。该测试设备小巧轻便，使用方便，可实时监控星敏感器电源状态，数据存储集中，方便查阅。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种通用型星敏感器数据测试处理器，连接星敏感器和上位机，其特征在于，所述处理器包含：
1553B通讯模块，其模拟星上计算机，向星敏感器发送控制指令，接收星敏感器姿态数据包和过程数据包；
产品电源控制模块，按照通断电时间指令对星敏感器进行自动化的通/断电操作；
数据采集/存储与显示模块，将数据包解码、显示并存储，绘制各遥测量曲线；
外部时间基准校时模块，将外部时间基准信号通过串口发送至星敏感器；
电星模软件，根据实际轨道动力学/激励文件输入的激励数据产生固定格式的星点质心数据、星点波门图像数据，通过地测口发送至星敏感器；
其中，所述处理器通过预先设定的TCP/IP通路接收参考四元数，生成对应天区的星点质心坐标集合，并通过串口或LVDS口发送至星敏感器；
所述电星模软件模拟全天球星空，实现电星模功能的流程，包含：
S1、选择星点质心数据协议与星敏通信接口；
S2、等待接收四元素及UTC时间，执行S6；
S3、获取文件中姿态星点坐标数据；
S4、根据S3，姿态星点坐标内为四元素的，执行S6；
S5、根据S3，姿态星点坐标内为星点坐标的，根据探测星灰度进行排列，获取姿态星点数据包中的UTC，执行S7；
S6、进行电星模计算，从星库文件筛选适合的星点集合并根据星等进行升序排列，分别获取接收的UTC和姿态星点数据包中的UTC，执行S7；
S7、按星点质心数据协议组帧，根据判断在不等待触发或等待触发后，发送给星敏感器，并返回计算数据；
S8、根据判断在不等待应答或等待星敏感器应答后，执行S2、S3。
2.如权利要求1所述通用型星敏感器数据测试处理器，其特征在于，
所述处理器与上位机通过以太网接口通信连接，接收各测试相关的控制指令及动力学数据，将星敏感器对控制指令的应答数据、姿态数据、过程数据、ETR秒脉冲、电源状态监控信息转发给星敏感器集成测试软件。
3.如权利要求1所述通用型星敏感器数据测试处理器，其特征在于，
所述1553B通讯模块单通道冗余，通过BC功能发送周期消息及非周期消息，周期消息的时间周期精度为500ns，非周期消息支持不同优先级；所述1553B通讯模块将星敏感器应答数据转发给上位机的星敏感器集成测试软件。
4.如权利要求1所述通用型星敏感器数据测试处理器，其特征在于，
所述产品电源控制模块实时检测给星敏感器供电的直流电源的电压和电流值，并通过1553B总线指令控制星敏感器头部的通/断电；所述产品电源控制模块对星敏感器的通/断电操作，采用脉冲控制，通过多路OC门进行指令控制。
5.如权利要求4所述通用型星敏感器数据测试处理器，其特征在于，
所述产品电源控制模块在处理器板面上设置了对应多台星敏感器的供电指示灯，灯亮表示通电、灯灭表示断电。
6.如权利要求4所述通用型星敏感器数据测试处理器，其特征在于，
在星敏感器产品进行环境试验考核时，所述产品电源控制模块按照基于实际试验环境设定产品通断电时间指令的指令文件，在供电电压和电流超出故障情况判据时，切断直流电源对产品的供电；
判定为电源故障的判据，包含：
42V供电时，电压超出42V±20%的范围；28V供电时，电压超出28V±20%的范围；5V供电时，电压超出5V±10%的范围；以及，
产品制冷关时，供电电流超出正常工作电流20%时；
产品制冷开时，供电电流超出最大工作电流20%时。
7.如权利要求1所述通用型星敏感器数据测试处理器，其特征在于，
星敏感器的姿态数据包和过程数据包通过1553B通讯模块传输后，上位机定时采集星敏感器遥测数据，向已连接的客户端计算机广播，并保存于数据库中；所述数据采集/存储与显示模块提供网页服务器，使各客户端得以通过浏览器访问用户界面，对数据库的历史数据进行回放与查看；所述数据采集/存储与显示模块提供遥测数据可视化方式，包括数据监控、数据表格、数据图表、星点图。
8.如权利要求1所述通用型星敏感器数据测试处理器，其特征在于，
所述外部时间基准校时模块采用定制型ETR板卡，提供多路ETR信号，通过RS422接口实现对星敏感器的ETR校时，外部时间基准信号的信号周期为1ms~10s任意可调，最小计数单位为1ms；脉冲宽度为1us~1s任意可调，脉冲宽度小于信号周期，最小计数单位为1us。
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| GR01 | Patent grant | ||
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