CN112527029B - 一种应用于卫星热控系统的无线无源温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于卫星热控系统的无线无源温度控制系统，包括无线无源温度传感器、智能温控仪、加热器、星务计算机，本发明通过多个无线无源温度传感器采集卫星各仪器设备等部位的温度量，并通过无线方式传送至智能温控仪；通过智能温控仪收集卫星各部位的温度和位置信息，根据不同部位的温度阈值通过相关热控加热器的加断电控制实现主动温控，同时将各仪器设备的温度遥测及单机内部状态信息发送星务计算机；通过接收星务计算机送来直接指令实现智能温控仪加断电控制、加热器主备份的切换控制；本发明实现了卫星各部位温度信息的无线无源采集，具备智能自主温控功能，具有重量轻、配置简单、拆装方便等特点。

Description

一种应用于卫星热控系统的无线无源温度控制系统

技术领域

本发明涉及航天系统技术领域，具体地，涉及一种应用于卫星热控系统的无线无源温度控制系统。

背景技术

卫星热控系统的主要功能是根据卫星飞行任务需求，以及卫星在轨期间所要经受的内、外热负荷状况，采用热控制措施保证卫星在整个运行期间内所有仪器设备和结构件的环境温度水平保持在规定的范围之内。传统卫星热控系统一般通过热敏电阻、遥测采样单机、加热器、加热器供电控制单机、星务计算机、线缆连接等单机或部件实现卫星各部位的温度控制，这种方式存在如下问题：(1)对外接口复杂：热控系统要实现温度控制需要星务系统、总体电路系统、电源系统、测控系统等系统的协同工作，对外接口复杂；(2)连接复杂：热控系统中需要采集整星各个部位的仪器设备的温度，多达数百，均需要有线电缆连接，连接纵横交接，走线复杂，增加了整星电缆的复杂性，同时卫星结构系统需为热控走线留有穿线孔；(3)控制复杂：传统热控系统根据遥测采样单机的温度遥测数据进行判断，通过星务计算机控制总体电路系统的配电单机实现加热器控制，控制流程复杂；(4)拆装复杂：传统热控系统热敏电阻粘贴在卫星仪器设备的各个部位，在卫星电测试过程中经常有拆装现象，热敏电阻的有线连接需采用散线方式，不利于仪器拆装，散线方式也存在安全隐患；(5)数据采集复杂：一般热控系统采用热敏电阻进行温度测量，由遥测采样单机进行温度采集，需要由总体电缆网通过有线方式将热敏电阻连接至遥测采样单机，遥测采样单机内一般需设置5V电源和分压电阻，通过采样电路采集热敏电阻分压值然后通过相应公式反算温度值，数据采集系统复杂。

专利文献为CN201520726600.6的实用新型专利公开了“一种应用于真空温度测量的无线无源温度检测系统”，使用热电偶、芯片通过电脑和手机接收信号，实现温度检测，不适用于卫星系统；专利文献为CN201710531331.9的发明专利公共了“一种应用于药品链物流的无线无源温度检测系统”，应用于物流行业，通过蓝牙传输信号，在手机上实现监控，不适用于航天器；专利文献为CN20162106669.1的实用新型专利公开了“一种应用于高压电缆附件的无源无线温度测量系统”，适用于道题连接管、铠装，不适用于卫星系统。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种应用于卫星热控系统的无线无源温度控制系统。

根据本发明提供的一种应用于卫星热控系统的无线无源温度控制系统，包括无线无源温度传感器、智能温控仪、加热器以及星务计算机，其中：

无线无源温度传感器设置在卫星的带测部位，无线无源温度传感器将检测的数据信息无线传输至智能温控仪；

星务计算机接收智能温控仪传达的遥测信息，对智能温控仪发送控制指令；

智能温控仪通过所述控制指令和数据信息控制加热器。

优选地，所述无线无源温度传感器采用便携式可粘贴标签温度传感器。

优选地，所述无源无线温度传感器包括收发天线、信号收发及处理模块、温度检测及处理模块；其中：

温度检测及处理模块采集温度数据，并将处理后的温度数据及位置信息传输给信号收发及处理模块；

信号收发及处理模块通过收发天线接收和发送温度数据及位置信息。

优选地，信号收发及处理模块将温度数据及位置信息转化为电磁信号发出。

优选地，所述智能温控仪包括数据处理模块、电源模块、无线收发模块以及加热驱动模块，其中：

所述无线收发模块与无源无线温度传感器进行无源无线通信，收集卫星待测部位的温度和位置信息；

所述数据处理模块实现智能温控仪与星务计算机的通信，完成信息处理和卫星各部位温度控制，根据不同部位的温度阈值实现主动温控，同时将卫星各部位的遥测数据发送星务计算机，并接收从星务计算机送来的控制命令；

所述的加热驱动模块实现卫星各部位的加热器的驱动；

所述的电源模块对数据处理模块、无线收发模块以及加热驱动模块供电。

优选地，所述遥测数据包括智能温控仪状态信息、加热回路通/断状态、目标温度值、开关控制温度上下限、加热回路对应参考传感器测点、输出占空比、当前基准频率、算法参数、当前遥测温度值。

优选地，数据处理模块将卫星各部位的遥测数据通过1553B总线发送星务计算机。

优选地，星务计算机通过总线接收智能温控仪传送的遥测信息，实现智能温控仪指令控制。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明配置简单，系统高度自主集成，外置无线无源温度传感器和加热器，通过智能温控仪实现自主温控控制，对外接口仅有星务计算机和电源系统。

2、本发明实现了数据的无线传输，卫星数以百计的温度采样通过无线无源温度传感器实现，减少了电缆，降低了整星电缆复杂程度。

3、本发明的智能温控仪实现了热控系统加热器的自主控制，可同时实现自主判断、自主控制和地面干预控制，减少了连接关系，降低了控制流程。

4、本发明采用的无线无源温度传感器为便携式粘贴标签形式，可以按照需求在卫星仪器单机的不同部位粘贴，无需电源供电，无需电缆连接，为整星测试过程中的拆装提供了便利，简化了热控系统的测试流程，缩短了热控系统组部件的装配时间。

5、由于系统高度集成，本发明减少了接口关系，采用无线无源温度传感器，取消了温度采样线缆传输，减少了仪器板开孔需求，简化了热控、总体电路、结构等系统的设计，也减轻了热控系统的重量。

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为本发明一种应用于卫星热控系统的无线无源温度控制系统的原理框图；

图2为本发明中智能温控仪的原理框图；

图3为本发明中无源无线传感器的原理框图。

图中示出：

无线无源温度传感器1

收发天线11

信号收发及处理模块12

温度检测及处理模块13

智能温控仪2

电源模块21

加热驱动模块22

数据处理模块23

无线收发模块24

加热器3

星务计算机4

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至3所述，本发明提供了一种应用于卫星热控系统的无线无源温度控制系统，包括无线无源温度传感器1、智能温控仪2、加热器3、星务计算机4。所述的多个无线无源温度传感器1粘贴在卫星仪器设备上，无线无源温度传感器1与智能温控仪2通过无线通信，智能温控仪2读取无线无源温度传感器1上的数据信息根据不同部位的温度阈值控制实现加热器3的自主控制，加热器3的加断电状态将影响无线无源温度传感器1所采集的温度信息，智能温控仪2接收星务计算机4的直接遥控或注数指令实现对加热器3的地面控制和智能温控仪2的加断电控制、加热器3主备份的开关机控制，智能温控仪2通过1553B总线接收从星务计算机4送来的内部命令，译码后送往各控温回路，实现加热器3回路准禁调整、参数调整等功能，智能温控仪2打包处理各遥测数据后发送星务计算机4。

在具体实施例中，所述的无线无源温度传感器1为便携式可粘贴标签形式，无需电源供电，无需线缆连接，可直接粘贴于卫星需温度测量的单机、设备、仪器板等位置；

所述无源无线温度传感器1包括收发天线11、信号收发及处理模块12、温度检测及处理模块13；其中温度检测及处理模块13用于采集温度数据，并将处理后的温度及位置信息传输给信号收发及处理模块12；信号收发及处理模块12用于通过收发天线11接收和发送电磁信息，同时实现信号的电磁转换。

在具体实施例中，所述的智能温控仪2由电源模块21、加热驱动模块22、数据处理模块23、无线收发模块24组成；所述的无线收发模块24用于处理接收和发送的电磁信号，包括信号放大电路、A/D转换电路、误插修正电路等；所述的数据处理模块23用于实现智能温控仪2与星务计算机4的通信，完成信息处理和卫星各部位温度控制，根据不同部位的温度阈值通过相关热控加热器3的加断电控制实现自主温控，同时将卫星各部位的智能温控仪2状态信息、加热回路通/断状态、目标温度值、开关控制温度上下限、加热回路对应参考传感器测点、输出占空比、当前基准频率、算法参数、当前遥测温度值等遥测数据打包处理后通过1553B总线发送星务计算机4，通过1553B总线接收从星务计算机4送来的内部命令，译码后送往各控温回路，实现加热回路准禁调整、加热回路对应参考传感器测点调整、PI算法参数调整、占空比基准频率调整、目标温度和开关控制温度上下限调整等功能，主要包括FPGA、MCU、PROM、SRAM、看门狗、驱动缓冲、1553B总线接口等电路；所述的加热驱动模块22用于实现卫星各部位加热器3的驱动，包括每路加热器3的保护电路、锁存器、P型VDMOS管(安全开关)、N型VDMOS管(功率驱动)、驱动器等组成；所述的电源模块21用于实现加热器3、智能温控仪2供电控制和主备切换控制，包含供电保护电路、主备切换电路、数据处理模块23使用的3.3V/5.2V电源变换电路、智能温控仪2单机加断电控制电路、浪涌抑制电路、滤波电路、加热驱动模块22使用的±15V电源电路等。

所述的星务计算机4通过总线接收智能温控仪2传送的遥测信息，实现智能温控仪2指令控制。

本发明可以应用于卫星航天器等领域，具备卫星系统所有关可靠性、安全、空间环境等方面的要求。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

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 (5)

1.一种应用于卫星热控系统的无线无源温度控制系统，其特征在于，包括无线无源温度传感器、智能温控仪、加热器以及星务计算机，其中：

无线无源温度传感器设置在卫星的待 测部位，无线无源温度传感器将检测的数据信息无线传输至智能温控仪；

星务计算机接收智能温控仪传达的遥测信息，对智能温控仪发送控制指令；

智能温控仪通过所述控制指令和数据信息控制加热器；

所述无线无源温度传感器采用便携式可粘贴标签温度传感器；

所述无线无源 温度传感器包括收发天线、信号收发及处理模块、温度检测及处理模块；其中：

温度检测及处理模块采集温度数据，并将处理后的温度数据及位置信息传输给信号收发及处理模块；

信号收发及处理模块通过收发天线接收和发送温度数据及位置信息；

所述智能温控仪包括数据处理模块、电源模块、无线收发模块以及加热驱动模块，其中：

所述无线收发模块与无源无线温度传感器进行无源无线通信，收集卫星待测部位的温度和位置信息；

所述数据处理模块实现智能温控仪与星务计算机的通信，完成信息处理和卫星各部位温度控制，根据不同部位的温度阈值实现主动温控，同时将卫星各部位的遥测数据发送星务计算机，并接收从星务计算机送来的控制命令；

所述的加热驱动模块实现卫星各部位的加热器的驱动；

所述的电源模块对数据处理模块、无线收发模块以及加热驱动模块供电。

2.根据权利要求1所述的应用于卫星热控系统的无线无源温度控制系统，其特征在于，信号收发及处理模块将温度数据及位置信息转化为电磁信号发出。

3.根据权利要求1所述的应用于卫星热控系统的无线无源温度控制系统，其特征在于，所述遥测数据包括智能温控仪状态信息、加热回路通/断状态、目标温度值、开关控制温度上下限、加热回路对应参考传感器测点、输出占空比、当前基准频率、算法参数、当前遥测温度值。

4.根据权利要求1所述的应用于卫星热控系统的无线无源温度控制系统，其特征在于，数据处理模块将卫星各部位的遥测数据通过1553B总线发送星务计算机。

5.根据权利要求1所述的应用于卫星热控系统的无线无源温度控制系统，其特征在于，星务计算机通过总线接收智能温控仪传送的遥测信息，实现智能温控仪指令控制。

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