CN114111549A - 膜航天器及其撞击破损的检测电路和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供膜航天器及其撞击破损的检测电路和方法。在该膜航天器的撞击破损的检测电路中，通过将每个电阻网络中的两个阻抗单元中的各阻抗支路，分布于膜航天器主体结构表面的相应预设区域的不同方向上，在膜航天器主体结构表面的各个预设区域中，构造出类似平面坐标系的交点定位网络；当膜航天器遭受撞击时，大概率会击中预设区域中的交点，即破坏交点处的两个阻抗支路，使得相应组阻抗支路的总电流出现变化；因此中枢系统通过检测各阻抗单元中每组阻抗支路的总电流变化，可以确定被损坏的两个阻抗支路，从而可以定位每次撞击破损的位置。另外还可以检测到膜航天器上在一定时间内发生撞击的次数，因此以此为依据，便可以测算出区域内的撞击频率。

Description

膜航天器及其撞击破损的检测电路和方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及膜航天器及其撞击破损的检测电路和方法。

背景技术

通常情况下，常见的航天器，比如，卫星、飞船、空间站等，在既定轨道上航行时，往往会受到太空碎片或微流星体的威胁。其中，太空碎片大都来自各种人造废弃物，比如，损毁的卫星、发射后被遗弃的多节火箭等；而微流星体为宇宙空间中细小的岩石颗粒，其典型成分为金属。当发生撞击时，相对速度可达10km/s，会对航天器造成不小的影响，甚至直接导致航天器报废。因此需要对区域内的撞击频率进行测量。

目前，膜航天器具有面积大、厚度小的特点，适合用于测量区域内的撞击频率；但是，目前由于通过膜航天器无法定位到每次撞击时造成损坏的位置，所以无法对区域内的撞击频率进行测算。

因此，如何定位膜航天器上每次撞击破损的位置，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了膜航天器及其撞击破损的检测电路和方法，以确定膜航天器每次撞击破损的位置。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本申请第一方面提供一种膜航天器的撞击破损的检测电路，包括：中枢系统和至少一个电阻网络；所述电阻网络包括：两个阻抗单元；所述阻抗单元包括多个分别设置于供电电路与所述中枢系统之间的阻抗支路；其中：

各所述电阻网络设置于所述膜航天器主体结构表面的相应预设区域；

所述电阻网络中的两个所述阻抗单元中的各所述阻抗支路，分布于相应所述预设区域的两个不同方向上；

所述阻抗单元中的全部所述阻抗支路分为至少一组；

所述中枢系统用于检测各所述阻抗单元中每组所述阻抗支路的总电流变化。

可选的，在所述阻抗单元中，各所述阻抗支路的阻抗各不相同，所述中枢系统用于检测全部所述阻抗支路的总电流变化。

可选的，在所述阻抗单元中，全部所述阻抗支路分为多排，各排以预设间距平行排列。

可选的，所述预设间距大于撞击所述膜航天器的物体的平均直径，且两者之差小于预设值。

可选的，每排中横向设置一个所述阻抗支路；

各排中的所述阻抗支路的同一侧端口与所述供电电路相连，各排中的所述阻抗支路的另一侧端口与所述中枢系统相连。

可选的，每排中横向对称设置两个所述阻抗支路；

各排中的所述阻抗支路位于中间的一侧端口与所述中枢系统相连，各排中的所述阻抗支路的另一侧端口与所述供电电路相连。

可选的，所述中枢系统，包括：通信模块和至少两个数据处理模块；其中：

各组所述阻抗支路与所述数据处理模块一一对应；

每组所述阻抗支路均与相应所述数据处理模块的输入端相连，各所述数据处理模块均通过所述通信模块与上级处理系统通信连接。

本申请第二方面提供一种膜航天器，包括：主体结构和如本申请第一方面任一项所述的膜航天器的撞击破损的检测电路。

本申请第三方面提供一种膜航天器的撞击破损的检测方法，应用于与如本申请第一方面任一项所述的膜航天器的撞击破损的检测电路相连的上级处理系统；所述膜航天器的撞击破损的检测方法，包括：

获取每次撞击时所述检测电路的检测结果；所述检测结果为所述检测电路中各电阻网络中分布于两个不同方向的各阻抗单元中的每组阻抗支路的总电流变化；

根据所述检测结果，确定在此次撞击时所述检测电路中被损坏的阻抗支路。

可选的，当所述中枢系统用于检测所述检测电路中各阻抗单元的总电流变化时，根据所述检测结果，确定在此次撞击时所述检测电路中被损坏的阻抗支路，包括：

基于所述检测结果，确定出各所述阻抗单元的总电流变化；

根据各所述阻抗单元的总电流变化，确定各所述阻抗单元中被损坏的阻抗支路的阻抗值；

根据各所述阻抗单元中被损坏的阻抗支路的阻抗值，确定出各所述阻抗单元中被损坏的阻抗支路。

由上述技术方案可知，本发明提供了一种膜航天器的撞击破损的检测电路。在该膜航天器的撞击破损的检测电路中，通过将每个电阻网络中的两个阻抗单元中的各阻抗支路，分布于膜航天器主体结构表面的相应预设区域的不同方向上，在膜航天器主体结构表面的各个预设区域中，构造出类似平面坐标系的交点定位网络；当膜航天器遭受撞击时，大概率会击中预设区域中的交点，即破坏交点处的两个阻抗支路，使得相应组阻抗支路的总电流出现变化；因此，中枢系统通过检测各阻抗单元中每组阻抗支路的总电流变化，可以确定被损坏的两个阻抗支路，从而可以定位每次撞击破损的位置。另外，还可以检测到膜航天器上在一定时间内发生撞击的次数，因此，以此为依据，便可以测算出区域内的撞击频率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1和图2分别为本申请实施例提供的膜航天器的撞击破损的检测电路的两种结构示意图；

图3和图4分别为本申请实施例提供的膜航天器的撞击破损的检测电路中电阻网络的两种结构示意图；

图5为本申请实施例提供的中枢系统的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的数据处理模块的结构示意图；

图7和图8分别为本申请实施例提供的膜航天器的撞击破损的检测方法的两种流程示意图；

图9为膜航天器发生撞击时撞击破损位置的示意图；

图10a为撞击前逻辑分析仪上显示的检测结果的示意图；

图10b为撞击后逻辑分析仪上显示的检测结果的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了定位膜航天器上每次撞击破损的位置，本申请实施例提供一种膜航天器的撞击破损的检测电路，其拓扑结构可参见图1或图2，包括：中枢系统Z和至少一个电阻网络01(图1或图2仅以四个电阻网络01为例进行展示)；各电阻网络01设置于膜航天器主体结构表面的相应预设区域。

其中，电阻网络01的个数需要根据实际情况进行设定，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

可参见图3或图4，在每个电阻网络01中，包括两个阻抗单元02；在每个阻抗单元02中，包括多个分别设置于供电电路与中枢系统Z之间的阻抗支路03；并且，每个阻抗单元02中的全部阻抗支路03分为至少一组。

需要说明的是，供电电路可以集成于中枢系统Z中，如图1或图2所示，也可以独立设置，如图3或图4所示，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

在每个电阻网络01中，两个阻抗单元02中的各阻抗支路03，分布于相应预设区域的两个不同方向上，因此，在膜航天器主体结构表面的各个预设区域中，由阻抗支路03构造出类似平面坐标系的交点定位网络，即：预设区域中的每个交点均由两个阻抗单元02中各自一个相应阻抗支路03交叉构成。

工作中，中枢系统Z检测各阻抗单元02中每组阻抗支路03的总电流变化；由于当膜航天器遭受撞击时，大概率会击中相应预设区域中的交点处，即破坏交点处的两个阻抗支路03，使得相应组阻抗支路03的总电流出现变化。

因此，中枢系统Z通过检测各阻抗单元02中每组阻抗支路03的总电流变化，便可以确定在此次撞击中被损坏的两个阻抗支路03，从而可以定位每次撞击破损的位置。

进一步而言，还可以检测到膜航天器上在一定时间内发生撞击的次数，因此，以此为依据，便可以测算出区域内的撞击频率。

在本申请另一实施例中，在阻抗单元02中，各阻抗支路03的阻抗各不相同，中枢系统Z检测全部阻抗支路03的总电流变化；由于各阻抗支路03的阻抗各不相同，所以任一阻抗支路03的状态发生改变时，比如，由通路变为断路，都会引起总电流不同程度的变化。

以图1中的任一电阻网络01为例，每个阻抗单元02包括20个阻抗支路03，其阻抗值分别为1-20kΩ；20个阻抗支路03分为一组，连接于中枢系统Z的同一端，即中枢系统Z可以检测20个阻抗支路03的总电流变化；当供电电路的输出电压为5V时，若1kΩ的阻抗支路03断路，则引起的总电流变化为5mA，若2kΩ的阻抗支路03断路，则引起的总电流变化为2.5mA。

需要说明的是，阻值相邻的两个阻抗支路03的阻抗之差较大，可能会对膜航天器每次发生撞击破损的位置的确定造成影响；而阻值相邻的两个阻抗支路03的阻抗之差较小，由于后续数据处理时存在误差，所以可能会对膜航天器每次发生撞击破损的位置的确定造成影响，因此需要合理选择。

上述仅为阻抗单元02中阻抗支路03的阻抗分配以及中枢系统Z检测电流变化的一种实施方式，在实际应用中，包括但不限于此实施方式，比如，在阻抗单元02中，中枢系统Z检测每个阻抗支路03的电流变化，此时，各阻抗支路03的阻抗值可以相同，也可以不同；此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

在本申请另一实施例中，如图1、图2、图3或图4所示，在每个电阻网络01中，两个阻抗单元02中的各阻抗支路03分布的两个方向之间的夹角为90°，即一个阻抗单元02中的各阻抗支路03横向分布，另一个竖向分布。

上述仅为两个阻抗单元02分布的一种优选实施方式，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内，可视具体情况而定。

在本申请另一实施例中，在每个阻抗单元02中，全部阻抗支路03分为多排，各排以预设间距平行排列；如图2或图4所示，在每排中，横向设置一个阻抗支路03；并且，各排中的阻抗支路03的一侧端口与供电电路相连，各排中的阻抗支路03的另一侧端口与中枢系统Z相连。

以图2或图4为例，在每个电阻网络01的每个阻抗单元02中，每排横向设置一个阻抗支路03，各排阻抗支路03由左侧端口引出与供电电路相连，各排阻抗支路03由右侧端口引出，与中枢系统Z相连。

在本申请另一实施例中，在每个阻抗单元02中，全部阻抗支路03分为多排，各排以预设间距平行排列；如图1或图3所示，在每排中，横向对称设置两个阻抗支路03；各排中的阻抗支路03位于中间的一侧端口与中枢系统Z相连，各排中的阻抗支路03的另一侧端口与供电电路相连。

以图3或图4为例，在每个电阻网络01中的每个阻抗单元02中，每排横向对称设置两个阻抗支路03，各排中左侧阻抗支路03的右侧端口与右侧阻抗支路03的左侧端口与中枢系统Z相连；各排中左侧阻抗支路03的左侧端口、右侧阻抗支路03的右侧端口均与供电电路相连。

上述仅为阻抗单元02中各阻抗支路03的两种设置方式，在实际应用中，包括但不限于上述实施方式，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

在本申请另一实施例中，预设间距大于撞击膜航天器的物体的平均直径，两者之差小于预设值；其中，预设值可根据实际情况进行设定，通常预设值设定为撞击膜航天器的物体的平均直径的5％；如此一来，当膜航天器主体结构表面发生撞击时，大概率会击中相应电阻网络01中的交点，即：每次撞击会损坏两个阻抗单元02中各自一个相应阻抗支路03。

需要说明的是，预设值取远小于撞击膜航天器的物体的平均直径的数值，即预设间距略大于撞击膜航天器的物体的平均直径，如此可以进一步提高撞击时击中电阻网络01中交点的机率。

可选的，撞击膜航天器的物体为太空碎片或微流星体，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内，可视具体情况而定。

本申请另一实施例提供中枢系统Z(如图5中虚线框内所示)的一种具体实施方式，其具体结构如图5所示，包括：通信模块20和至少两个数据处理模块10；各组阻抗支路03与数据处理模块10一一对应；每组阻抗支路03与相应数据处理模块10的输入端相连，各数据处理模块10通过通信模块20与上级处理系统30通信连接。

其中，上级处理系统30可以是地面上的处理系统，也可以是空间站中的处理系统，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

在本申请另一实施例中，如图6所示，数据处理模块10，包括：I/V转换器11、电压反相器12、ADC 13(Analog to Digital Converter，模拟数字转换器)、并行-串行转换模块14和时序电路15；ADC 13和并行-串行转换模块14与时序电路15相连。

工作时，I/V转换器11将相应组阻抗支路03的总电流以预设系数转换为电压并输送给电压反相器12；电压反相器12将电压翻转后输送给ADC 13；ADC13将翻转后的电压转换为数字信号，并通过并行-串行转换模块14将数字信号传输给通信模块20。

其中，预设系数即反馈电阻Rf，当中枢系统Z检测全部阻抗支路03的总电流变化时，具体为：Rf＝Vcc/Imax，其中，Imax为阻抗单元02中没有阻抗支路03断开时的最大总电流。

需要说明的是，在实际应用中，ADC 13选用高精度器件，以降低数据处理过程中的误差。

本申请另一实施例提供一种膜航天器，其具体结构包括：主体结构和上述实施例提供的膜航天器的撞击破损的检测电路。

需要说明的是，根据实际测量需求，选择膜航天器的边长；需要注意的是，膜航天器的边长不宜过小，以降低物体撞击到阻抗支路03与供电电路之间的连线、阻抗支路03与中枢系统Z之间的连线或者中枢系统Z的概率。

本申请另一实施例提供膜航天器的撞击破损的检测方法，应用于与上述实施例提供的膜航天器的撞击破损的检测电路相连的上级处理系统；其具体流程如图7所示，包括以下步骤：

S110、获取每次撞击时膜航天器的撞击破损的检测电路的检测结果。

其中，检测结果为检测电路中各电阻网络中分布于两个不同方向的各阻抗单元中的每组阻抗支路的总电流变化。

另外，检测电路的具体结构和工作原理与上述实施例相同，可参见上述实施例，此处不再一一赘述。

S120、根据检测结果，确定在此次撞击时膜航天器的撞击破损的检测电路中被损坏的阻抗支路。

具体而言，当枢系统用于检测检测电路中各阻抗单元的总电流变化时，步骤S120的一种具体实施方式的具体流程如图8所示，其包括以下步骤：

S210、基于检测结果，确定出各阻抗单元的总电流变化。

由上述可知，上级处理系统获得的检测结果是一串二进制数，因此需要根据公式1-1，计算出各阻抗单元的总电流变化，公式1-1如下所示：

其中，I为各阻抗单元的总电流变化；Vcc为供电电路的输出电压；Rf为I/V转换器中的反馈电阻的阻值，即电压电流转换系数；Di为检测结果从左到右第i位上的数字；N为检测结果的位数。

S220、根据各阻抗单元的总电流变化，确定各阻抗单元中被损坏的阻抗支路的阻抗值。

S230、根据各阻抗单元中被损坏的阻抗支路的阻抗值，确定出各阻抗单元中被损坏的阻抗支路。

以图3为例，即仅以一个电阻网络01为例，将横向记为X方向，将纵向记为Y方向；沿X方向，上半部分从左到右各阻抗支路的阻值依次为1kΩ-10kΩ；沿Y方向，左半部分从上到下各阻抗支路的阻值依次为1kΩ-10kΩ；当发生撞击时，撞击破损的位置如图9所示中的圆点所示；撞击前，检测结果如图10a所示，X方向和Y方向均为11111110；撞击后，检测结果如图10b所示，X方向为11101100，Y方向为11100111。

需要说明的是，由于I/V转换器的电阻阻值存在误差，所以测量到的初始电压为4.98V，而不是5V，因此检测结果不是11111111。

根据公式1-1计算得到两个被损坏的阻抗单元的总电流变化分别为1.755mA和1.404mA；因此，一个被损坏的各阻抗单元中被损坏的阻抗支路的阻抗值＝5000÷1.755≈2849Ω，另一个被损坏的各阻抗单元中被损坏的阻抗支路的阻抗值＝5000÷1.404≈3561Ω；经验证，上述计算结果与图9所示位置相符。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种膜航天器的撞击破损的检测电路，其特征在于，包括：中枢系统和至少一个电阻网络；所述电阻网络包括：两个阻抗单元；所述阻抗单元包括多个分别设置于供电电路与所述中枢系统之间的阻抗支路；其中：

各所述电阻网络设置于所述膜航天器主体结构表面的相应预设区域；

所述电阻网络中的两个所述阻抗单元中的各所述阻抗支路，分布于相应所述预设区域的两个不同方向上；

所述阻抗单元中的全部所述阻抗支路分为至少一组；

所述中枢系统用于检测各所述阻抗单元中每组所述阻抗支路的总电流变化。

2.根据权利要求1所述的膜航天器的撞击破损的检测电路，其特征在于，在所述阻抗单元中，各所述阻抗支路的阻抗各不相同，所述中枢系统用于检测全部所述阻抗支路的总电流变化。

3.根据权利要求2所述的膜航天器的撞击破损的检测电路，其特征在于，在所述阻抗单元中，全部所述阻抗支路分为多排，各排以预设间距平行排列。

4.根据权利要求3所述的膜航天器的撞击破损的检测电路，其特征在于，所述预设间距大于撞击所述膜航天器的物体的平均直径，且两者之差小于预设值。

5.根据权利要求3所述的膜航天器的撞击破损的检测电路，其特征在于，每排中横向设置一个所述阻抗支路；

各排中的所述阻抗支路的同一侧端口与所述供电电路相连，各排中的所述阻抗支路的另一侧端口与所述中枢系统相连。

6.根据权利要求3所述的膜航天器的撞击破损的检测电路，其特征在于，每排中横向对称设置两个所述阻抗支路；

各排中的所述阻抗支路位于中间的一侧端口与所述中枢系统相连，各排中的所述阻抗支路的另一侧端口与所述供电电路相连。

7.根据权利要求1-6任一项所述的膜航天器的撞击破损的检测电路，其特征在于，所述中枢系统，包括：通信模块和至少两个数据处理模块；其中：

各组所述阻抗支路与所述数据处理模块一一对应；

每组所述阻抗支路均与相应所述数据处理模块的输入端相连，各所述数据处理模块均通过所述通信模块与上级处理系统通信连接。

8.一种膜航天器，其特征在于，包括：主体结构和如权利要求1-7任一项所述的膜航天器的撞击破损的检测电路。

9.一种膜航天器的撞击破损的检测方法，其特征在于，应用于与如权利要求1-7任一项所述的膜航天器的撞击破损的检测电路相连的上级处理系统；所述膜航天器的撞击破损的检测方法，包括：

获取每次撞击时，所述检测电路的检测结果；所述检测结果为所述检测电路中各电阻网络中分布于两个不同方向的各阻抗单元中的每组阻抗支路的总电流变化；

根据所述检测结果，确定在此次撞击时所述检测电路中被损坏的阻抗支路。

10.根据权利要求9所述的撞击破损的检测方法，其特征在于，当所述中枢系统用于检测所述检测电路中各阻抗单元的总电流变化时，根据所述检测结果，确定在此次撞击时所述检测电路中被损坏的阻抗支路，包括：

基于所述检测结果，确定出各所述阻抗单元的总电流变化；

根据各所述阻抗单元的总电流变化，确定各所述阻抗单元中被损坏的阻抗支路的阻抗值；

根据各所述阻抗单元中被损坏的阻抗支路的阻抗值，确定出各所述阻抗单元中被损坏的阻抗支路。

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