CN111238567A - 一种卫星在轨健康监控装置 - Google Patents

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CN111238567A CN202010008457.2A CN202010008457A CN111238567A CN 111238567 A CN111238567 A CN 111238567A CN 202010008457 A CN202010008457 A CN 202010008457A CN 111238567 A CN111238567 A CN 111238567A
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钟小荣
顾建
王睿晨
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Abstract

本申请实施例公开了一种卫星在轨健康监控装置，包括：供电组，与卫星供电系统连接，能够与卫星供电系统之间进行加断电控制；供电组还与传感器组连接；传感器组，与设置于卫星上的各类传感器连接，向传感器提供电源，并控制传感器的加断电；接收传感器采集的各类信号，并对所接收的信号进行阻抗匹配、去噪声、调零的处理；对外接口组，与卫星的通信模块连接，用于通过卫星接收来自地面的控制指令，并将相应控制指令向传感器组发送，以及基于控制指令将传感器组接收的信号通过卫星向地面传输。本申请实施例的装置能够在恶劣的空间环境中正常工作，可以承受至少30g的随机振动，可在空间高能离子环境中有效工作至少三年，可以准确定位卫星结构所受各种应力的情况。

Description

一种卫星在轨健康监控装置
技术领域
本申请实施例涉及高精度卫星在轨健康监控技术，用于采集、存储、处理卫星在轨段的微振动、热形变数据，并对卫星太阳阵驱动机构等活动部件及力矩陀螺、天线等关重件在轨工作时的数据进行监测。
背景技术
卫星在轨运行中，处于无法预测和控制的宇宙环境和较为复杂的内部环境，会受到地球和太阳系以及自身各种应力的影响，造成在轨卫星的微振动环境。卫星健康监控装置为确保卫星飞行任务可靠，以及对了解卫星在空间环境下控制系统和各部件的工作情况具体有重大意义。特别是随着空间技术的发展，对卫星的检测的精度要求越来越高，高精度的健康监控装置已是卫星在轨情况检测具有重大意义的装备。卫星在轨结构健康设备是通过传感器采集卫星在轨飞行时结构受环境影响承受的各种应力的设备。
发明人发现现有技术存在以下主要问题：卫星在轨结构健康设备中采集传感器信号单一，通道数量较少，不能全方位检测卫星的振动、结构形态及姿势情况；传感器信号多样的通道数量较多的，采样精度不高，不能精确地还原卫星振动及其他情况。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例期望提供一种卫星在轨健康监控装置。
本发明的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供一种卫星在轨健康监控装置，所述装置包括：
供电组，与卫星供电系统连接，能够与所述卫星供电系统之间进行加断电控制；所述供电组还与传感器组连接；
传感器组，与设置于卫星上的各类传感器连接，向传感器提供电源，并控制传感器的加断电；接收传感器采集的各类信号，并对所接收的信号进行阻抗匹配、去噪声、调零的处理；
对外接口组，与卫星的通信模块连接，用于通过卫星接收来自地面的控制指令，并将相应控制指令向传感器组发送，以及基于控制指令将传感器组接收的信号通过卫星向地面传输。
作为一种实现方式，所述传感器组还用于，将所接收的每一信号转换为电压信号，将所述电压信号进行一级放大并存储。
作为一种实现方式，所述传感器组包括：
热形变组，与设置于卫星上的热形变传感器连接，向热形变传感器提供电源，并控制热形变传感器的加断电；接收热形变传感器采集的卫星结构形变信号，并对所接收的卫星结构形变信号进行阻抗匹配、去噪声、调零的处理；
微振动组，与设置于卫星上的微振动传感器连接，向微振动传感器提供电源，并控制微振动传感器的加断电；接收微振动传感器采集的卫星微振动信号，并对所接收的卫星微振动信号进行阻抗匹配、去噪声、调零的处理；
太阳阵组，与设置于卫星上的太阳阵传感器连接，向太阳阵传感器提供电源，并控制太阳阵传感器的加断电；接收太阳阵传感器采集的卫星姿态信号，并对所接收的振动信号进行阻抗匹配、去噪声、调零的处理。
作为一种实现方式，所述对外接口组接收到所述微振动传感器上电及采集指令后，将指令向所述微振动组发送，所述微振动组控制振动传感器上电，使微振动传感器采集微振动的模拟信号，所述微振动组将采集的卫星微振动信号存储；所述对外接口组接收到卫星微振动信号回放指令后，将回放指令向所述微振动组发送，接收所述微振动组发送的卫星微振动信号数据，并将卫星微振动信号数据向卫星发送。
作为一种实现方式，所述对外接口组接收到所述热形变传感器上电及采集指令后，将指令向所述热形变组发送，所述热形变组控制热形变传感器上电，使热形变传感器采集热形变的模拟信号，所述热形变组将采集的卫星结构形变信号存储；所述对外接口组接收到卫星结构形变信号回放指令后，将回放指令向所述热形变组发送，接收所述热形变组发送的卫星结构形变信号数据，并将卫星结构形变信号的数据向卫星发送。
作为一种实现方式，所述对外接口组接收到所述太阳阵传感器上电及采集指令后，将指令向所述太阳阵组发送，所述太阳阵组控制太阳阵传感器上电，使太阳阵传感器采集振动的模拟信号，所述太阳阵组将采集的卫星姿态信号存储；所述对外接口组接收到卫星姿态信号回放指令后，将回放指令向所述太阳阵组发送，接收所述太阳阵组发送的卫星姿态信号数据，并将卫星姿态信号的数据向卫星发送。
本申请实施例的卫星在轨健康监控装置能够在恶劣的空间环境中正常工作，可以承受至少30g的随机振动，可在空间高能离子环境中有效工作至少三年，能够实时监控卫星的结构健康状态；由于其可以连接的传感器数量庞大，可以准确确定卫星在空间所受的微振动情况、卫星结构在空间环境下的形变情况以及卫星当前所处的姿态情况；所设置于卫星上的传感器及各组件抗干扰能力强，可还原微伏级小信号，精准还原卫星健康状态；可以存储系统内部的采集数据，也可以协助其他设备存储数据并上传数据，并能快速传输数据速度快。
附图说明
图1为本申请实施例的卫星在轨健康监控装置的应用示意图；
图2为本申请实施例的卫星在轨健康监控装置的组成结构示意图。
具体实施方式
在不冲突的情况下，本发明所记载的实施例之间的技术方案能够合并。
图1为本申请实施例的卫星在轨健康监控装置的应用示意图，如图1所示，本示例的卫星在轨健康监控装置是集振动信号测量、转换、数据采集、数据存储、数据回放、事后数据处理为一体化的测量平台，卫星在轨健康监控装置设置有供电口，供电口与卫星的供电电源连接，可对卫星电源进行加断电控制，卫星在轨健康监控装置还设置有传感器组，传感器组与设置于卫星上的各种传感器进行连接，用于控制传感器的上电及信号采集，卫星在轨健康监控装置还设置有低电压差分信号(LVDS，Low-Voltage Differential Signaling)数据传输口能够传输422指令，能够基于指令进行传感器的信号检测，并能将传感器所采集的信号传输至地面控制中心。
卫星的供配电单元通过卫星在轨健康监控装置上的供电口为卫星在轨健康监控装置供电；卫星在轨健康监控装置上还设置有传感器和激光器工作口，为传感器信号输入口。
本申请实施例的卫星在轨健康监控装置通过LVDS接口接收上级系统的一类传感器的开始采集指令，二类传感器的开始采集指令，三类传感器的开始采集指令，四类传感器的开始采集指令，及各组传感器的加断电指令，各组传感器的采集停止指令，各类传感器的采集数据传输指令。
图2为本申请实施例的卫星在轨健康监控装置的组成结构示意图，如图2所示，本申请实施例的卫星在轨健康监控装置包括供电组，传感器组，对外接口组，传感器。供电组与卫星供电系统连接，能够与所述卫星供电系统之间进行加断电控制；所述供电组还与传感器组连接；传感器组，与设置于卫星上的各类传感器连接，向传感器提供电源，并控制传感器的加断电；接收传感器采集的各类信号，并对所接收的信号进行阻抗匹配、去噪声、调零的处理。对外接口组，与卫星的通信模块连接，用于通过卫星接收来自地面的控制指令，并将相应控制指令向传感器组发送，以及基于控制指令将传感器组接收的信号通过卫星向地面传输。
所述传感器组具体包括：热形变组，与设置于卫星上的热形变传感器连接，向热形变传感器提供电源，并控制热形变传感器的加断电；接收热形变传感器采集的卫星结构形变信号，并对所接收的卫星结构形变信号进行阻抗匹配、去噪声、调零的处理；
微振动组，与设置于卫星上的微振动传感器连接，向微振动传感器提供电源，并控制微振动传感器的加断电；接收微振动传感器采集的卫星微振动信号，并对所接收的卫星微振动信号进行阻抗匹配、去噪声、调零的处理；
太阳阵组，与设置于卫星上的太阳阵传感器连接，向太阳阵传感器提供电源，并控制太阳阵传感器的加断电；接收太阳阵传感器采集的卫星姿态信号，并对所接收的卫星姿态信号进行阻抗匹配、去噪声、调零的处理。这里，太阳与传感器位置即卫星姿态信号
传感器对每一目标信号转换为电压信号，将所述电压信号进行一级放大并存储。
本申请实施例的对外接口组实现指令总线通信，采集信号传输。
本申请实施例的卫星在轨健康监控装置通过LVDS口传送传感器采集的信号，并接收外部星敏数据。
本申请实施例的卫星在轨健康监控装置采用三类传感器，传感器测量种类传感器分为微振动传感器、太阳阵传感器和热形变传感器。
本申请实施例的设置于卫星上的各类传感器的具体类型及要求如下表1所示：
表1
Figure BDA0002356227090000051
根据需求在卫星各处安放传感器。并将传感器的信号通过屏蔽线缆穿过转换连接器连接至装置模拟信号输入口。模拟信号输入口均为屏蔽接插件。
本申请实施例的卫星在轨健康监控装置监控某一时刻只有一种传感器处于上电工作状态，装置收到“微振动传感器上电”“微振动传感器采集”指令时，微振动传感器上电，装置开始采集微振动传感器的模拟信号，并将采集的信号存储，当装置收到“微振动传感器信号回放”时，装置开始通过LVDS口向卫星发送卫星微振动信号数据。同理，当装置收到“热形变传感器上电”“热形变传感器采集”指令时，热形变传感器上电，装置开始采集热形变传感器的模拟信号，并将采集的信号存储，当装置收到“热形变传感器信号回放”时，装置开始通过LVDS口向卫星发送卫星结构形变信号的数据。同理，当装置收到“太阳阵传感器上电”“太阳阵传感器采集”指令时，太阳阵传感器上电，装置开始采集太阳阵传感器的模拟信号，并将采集的信号存储，当装置收到“太阳阵传感器信号回放”时，装置开始通过LVDS口向卫星发送卫星姿态信号的数据。
健康监控某一时刻所有传感器处于上电工作状态，装置收到“所有传感器上电”“所有传感器采集”指令时，所有传感器上电，装置开始采集所有微振动传感器的模拟信号，并将采集的信号存储，当装置收到“所有传感器信号回放”时，装置开始通过按照卫星微振动信号、卫星结构形变信号、卫星姿态信号的顺序向外传输信号数据。
高精度卫星在轨健康监控装置所有采集数据通过卫星一起发送给地面，根据环境温度对下传的数据进行处理后，得出卫星在空间所受的微振动情况、卫星结构在空间环境下的形变情况以及卫星当前所处的姿态情况等数据信息。
本申请实施例的卫星在轨健康监控装置能够在恶劣的空间环境中正常工作，由于结构紧凑，模块都封装于装置内部，可以承受至少30g的随机振动，且能在空间高能离子环境中有效工作至少三年。由于卫星在轨健康监控装置上设置了相当多的传感器接口，能够支持各种类型的传感器的连接，可以连接的传感器数量庞大，可以准确定位卫星结构所受各种应力的情况，能够实时全面地监控卫星的结构健康状态；由于其所设置于卫星上的传感器及各组件抗干扰能力强，可还原微伏级小信号，精准还原卫星健康状态；可以存储系统内部的采集数据，也可以协助其他设备存储数据并上传数据，并能快速传输数据速度快。本申请实施例对后期信号处理全面，能够对采集信号进行频谱分析，获取相应的幅频曲线和相频曲线等。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种卫星在轨健康监控装置，其特征在于，所述装置包括：
供电组，与卫星供电系统连接，能够与所述卫星供电系统之间进行加断电控制；所述供电组还与传感器组连接；
传感器组，与设置于卫星上的各类传感器连接，向传感器提供电源，并控制传感器的加断电；接收传感器采集的各类信号，并对所接收的信号进行阻抗匹配、去噪声、调零的处理；
对外接口组，与卫星的通信模块连接，用于通过卫星接收来自地面的控制指令，并将相应控制指令向传感器组发送，以及基于控制指令将传感器组接收的信号通过卫星向地面传输。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器组还用于，将所接收的每一信号转换为电压信号，将所述电压信号进行一级放大并存储。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述传感器组包括：
热形变组，与设置于卫星上的热形变传感器连接，向热形变传感器提供电源，并控制热形变传感器的加断电；接收热形变传感器采集的卫星结构形变信号，并对所接收的卫星结构形变信号进行阻抗匹配、去噪声、调零的处理；
微振动组，与设置于卫星上的微振动传感器连接，向微振动传感器提供电源，并控制微振动传感器的加断电；接收微振动传感器采集的卫星微振动信号，并对所接收的卫星微振动信号进行阻抗匹配、去噪声、调零的处理；
太阳阵组，与设置于卫星上的太阳阵传感器连接，向太阳阵传感器提供电源，并控制太阳阵传感器的加断电；接收太阳阵传感器采集的卫星姿态信号，并对所接收的卫星姿态信号进行阻抗匹配、去噪声、调零的处理。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述对外接口组接收到所述微振动传感器上电及采集指令后，将指令向所述微振动组发送，所述微振动组控制振动传感器上电，使微振动传感器采集微振动的模拟信号，所述微振动组将采集的卫星微振动信号存储；所述对外接口组接收到卫星微振动信号回放指令后，将回放指令向所述微振动组发送，接收所述微振动组发送的卫星微振动信号数据，并将卫星微振动信号数据向卫星发送。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述对外接口组接收到所述热形变传感器上电及采集指令后，将指令向所述热形变组发送，所述热形变组控制热形变传感器上电，使热形变传感器采集热形变的模拟信号，所述热形变组将采集的卫星结构形变信号存储；所述对外接口组接收到卫星结构形变信号回放指令后，将回放指令向所述热形变组发送，接收所述热形变组发送的卫星结构形变信号数据，并将卫星结构形变信号的数据向卫星发送。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述对外接口组接收到所述太阳阵传感器上电及采集指令后，将指令向所述太阳阵组发送，所述太阳阵组控制太阳阵传感器上电，使太阳阵传感器采集振动的模拟信号，所述太阳阵组将采集的卫星姿态信号存储；所述对外接口组接收到卫星姿态信号回放指令后，将回放指令向所述太阳阵组发送，接收所述太阳阵组发送的振动信号数据，并将振动信号的数据向卫星发送。
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