CN1975461A

CN1975461A - 用于摆动扫描式红外地球敏感器测试标定的电信号源装置

Info

Publication number: CN1975461A
Application number: CN 200610165373
Authority: CN
Inventors: 赵建辉; 李晓明; 刘艳雷; 李帆; 王丽艳; 黄皓
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University; Beijing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2007-06-06

Abstract

本发明公开了一种用于摆动扫描式红外地球敏感器测试标定的电信号源装置，由CPU、模拟输出模块、信号源发生模块、供电电源和液晶显示器组成；CPU与模拟输出模块与信号源发生模块通过标准工业STD总线相连，液晶显示器与CPU采用VGA接口相连。本发明电信号源装置根据摆动扫描式红外地球敏感器测试标定中所需要的信号及时序，利用CPU根据工控机所配置的参数进行计算出信号源发生数据，利用所述信号源发生数据控制信号源发生模块和模拟输出模块，实时、同步输出敏感器测试标定中所需的各路信号，完成对摆动扫描式红外地球敏感器的测试标定。

Description

用于摆动扫描式红外地球敏感器测试标定的电信号源装置

技术领域

本发明涉及一种信号发生装置，更特别地说，是指一种适用于摆动扫描式红外地球敏感器的测试标定系统的测试用的信号源装置。

背景技术

摆动扫描式红外地球敏感器是中、高轨道三轴姿态稳定卫星姿态确定的关键测量部件，它由4个14μm～16μm波段的红外探测器组成的复合视场、摆动扫描系统、光栅编码器以及信号处理线路等组成，依靠频率为5Hz的摆动实现对地扫描，测量卫星指地轴相对于星地连线的姿态变化，从而获取卫星的姿态信息，并将其作为控制系统的姿态信息反馈，实现卫星姿态的稳定控制。

在卫星姿态控制系统的研制过程中，系统测试是一个重要的环节，而对摆动扫描式红外地球敏感器的测试标定是整个测试环节的关键环节之一。为了对摆动扫描式红外地球敏感器进行测试标定，必须利用姿态测量仿真装置，模拟卫星在不同姿态、同步轨道高度和各种地平辐射条件下的地球敏感器的扫描过程，进而测量地球敏感器的各项技术指标。由于卫星运行中摆动扫描式红外地球敏感器的实际工作环境会受到地球曲率变化、大气辐射变化、日月干扰、敏感器自身扫描频率变化等干扰因素影响，所以要全面真实地模拟摆动扫描式红外地球敏感器实际工作环境是十分困难的。另外由于摆动扫描式红外地球敏感器从单板研制到组装整机需要经过较长的时间周期，需要在整个研制周期中对整机安装前的各个模块进行测试，进而提高生产效率。传统的摆动扫描式红外地球敏感器测试标定方法是通过建立基于光学系统的地球模拟器来实现的，如图1所示。

采用基于光学系统的地球模拟器对摆动扫描式红外地球敏感器进行测试，存在着一些不足与缺陷。在敏感器的整机测试实验中，其辐射源的特性距离真实的辐射特性差别较大。在摆动扫描式红外地球敏感器整机安装之前，该地球模拟器无法对各个模块进行分别测试，大大延缓了敏感器的研制周期。

发明内容

本发明的目的是提供一种摆动扫描式红外地球敏感器测试标定的电信号源装置，该信号源装置根据敏感器测试标定中所需要的电信号及时序，利用CPU根据工控机所配置的参数计算出信号源发生数据，利用所述信号源发生数据控制信号源发生模块和模拟输出模块，实时、同步输出摆动扫描式红外地球敏感器测试标定中所需的各路信号，完成对摆动扫描式红外地球敏感器的测试标定。

本发明是一种摆动扫描式红外地球敏感器测试标定的电信号源装置，由CPU、模拟输出模块、信号源发生模块、供电电源和液晶显示器(LCD)组成；工控机与CPU通过RS232串口进行通讯；示波器与信号源发生模块通过DB-15接口相连，用于显示信号源发生模块输出的波形；电性能检测箱与信号源发生模块通过IDC-16接口通讯，电性能检测箱与红外地球敏感器通过电联接；CPU与模拟输出模块与信号源发生模块通过标准工业STD总线相连，实现数据通讯；液晶显示器(LCD)与CPU采用VGA接口相连，用于实现信号源波形的实时显示、以及信号源精度的显示和工控机配置的参数显示。

本发明信号源装置的优点在于：(1)CPU采用STC Client DX型号，在中断响应中输出信号源信号，能够满足信号源发生的实时性要求；(2)信号源发生模块采用可编程定时计数器产生频率可变的时钟信号，信号发生控制简单且信号源时序准确；采用可编程定时计数器进行脉冲计数，计数控制方便且精度高，计数误差保证在正负一个脉冲之内；(3)模拟输出模块采用四路模拟信号同步输出的12位D/A芯片DAC7625，转换精度可达0.1％；采用DC-DC、信号光电隔离模块，实现D/A转换电路的供电电源和信号隔离，可靠性好，抗干扰性能强；(4)经工控机对信号的精度采集显示，得到宽扫测试精度为12°±2％，窄扫测试精度为5°±1％，提高了摆动扫描式红外地球敏感器的测试精度；(5)本发明信号源发生装置的设计考虑了地球曲率变化、大气辐射变化、日月干扰、红外地球敏感器自身扫描频率变化等于扰因素，能够真实地模拟摆动扫描式红外地球敏感器的工作环境，准确完成对摆动扫描式红外地球敏感器整机的测试；该信号源装置可以提供研制过程中的摆动扫描式红外地球敏感器整机安装之前各个模块测试所需要的测试信号，实现对摆动扫描式红外地球敏感器整机安装之前各个模块的测试，大大缩短了摆动扫描式红外地球敏感器的研制周期。

附图说明

图1是基于光学系统对摆动扫描式红外地球敏感器进行测试的示意图。

图2是本发明信号源装置的结构框图。

图3是模拟输出模块的D/A转换电路和信号放大电路图。

图4是信号源发生模块中数字逻辑发生电路图。

图5是信号源发生模块中脉冲计数电路图。

图6是信号源发生模块中信号调理电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种用于摆动扫描式红外地球敏感器测试标定的电信号源装置，其是适用于摆动扫描式红外地球敏感器测试标定系统在测试阶段用的信号发生装置。请参见图2所示，信号发生装置由CPU、模拟输出模块、信号源发生模块、供电电源和液晶显示器(LCD)组成；工控机与CPU通过RS232串口进行通讯；示波器与信号源发生模块通过DB-15接口相连，用于显示信号源发生模块输出的波形；电性能检测箱与信号源发生模块通过IDC-16接口通讯，电性能检测箱与红外地球敏感器通过电联接；CPU与模拟输出模块与信号源发生模块通过标准工业STD总线相连，实现数据通讯；液晶显示器(LCD)与CPU采用VGA接口相连，用于实现信号源的实时显示、以及计数数据的显示、和工控机配置的参数显示。

在本发明中，模拟输出模块包括有DC/DC、信号光电隔离电路、D/A转换电路(参见图3)、信号调理电路(参见图3)，其中，DC/DC、信号光电隔离电路为常规电路，故不作详细说明。D/A转换电路U17的12位数据信号DA0-DA11端、片选CS1端、复位SRR端、模式选择LD1端、通道选通A0端、通道选通A1端与总线接口电路联接，4、5、20、28端分别接数字地，25端接+5V，为D/A转换电路U17供电，1端接基准电压2.5V，3端与运算放大器U21的3端联接，2端与运算放大器U20的3端联接，27端与运算放大器U18的3端联接，26端与运算放大器U19的3端联接；在D/A转换电路U17的25端接+5V与4端接地时，实现片内单电源供电模式。

运算放大器U21的2端经电阻R31与模拟地联接，4端接-15V电源，7端接+15V电源，1端与5端串联电位计R41，电位计R41的可调节端接+15V电源，2端与6端串联电位计R40、电阻R32，6端通过电阻R4与运算放大器U16A的3端联接。

运算放大器U20的2端经电阻R33与模拟地联接，4端接-15V电源，7端接+15V电源，1端与5端串联电位计R43，电位计R43的可调节端接+15V电源，2端与6端串联电位计R42、电阻R34，6端通过电阻R5与运算放大器U16D的12端联接。

运算放大器U19的2端经电阻R37与模拟地联接，4端接-15V电源，7端接+15V电源，1端与5端串联电位计R47，电位计R47的可调节端接+15V电源，2端与6端串联电位计R46、电阻R38，6端通过电阻R7与运算放大器U16C的10端联接。

运算放大器U18的2端经电阻R35与模拟地联接，4端接-15V电源，7端接+15V电源，1端与5端串联电位计R45，电位计R45的可调节端接+15V电源，2端与6端串联电位计R44、电阻R36，6端通过电阻R6与运算放大器U16B的5端联接。实现了四路模拟地球波电压放大和信号隔离。

在本发明中，信号源发生模块包括有锁存器电路、可编程定时计数器电路(参见图4)、脉冲计数电路(参见图5)、信号调理电路(参见图6)。信号源发生模块输出的第一信号源信号REF_E、第二信号源信号SD_E、第三信号源信号CLK_E、模拟输出模块输出的第一路模拟地球波DA1、第二路模拟地球波DA2、第三路模拟地球波DA3和第四路模拟地球波DA4经调理后输出给示波器进行显示。

请参见图4所示，锁存器U6的3、4、7、8、13、14、17、18、11分别与总线接口电路联接，1端与STD总线联接，2端与经电阻R14与比较器U14D的11端联接，5端经电阻R18与比较器U14C的9端联接，15端与数字选通器U13的1端联接，16端与数字选通器U13的15端联接，19端与与门U12C的9端联接。在CPU响应中断源的服务程序中，CPU发送指令、数据给锁存器U6，通过向锁存器U6的11、1端输入控制信号，结合3、4、7、8、13、14、17、18端的输入数据，控制锁存器U6的2端、5端输出第一信号源信号REF_E和第二信号源信号SD_E。

请参见图4所示，第一可编程定时计数器U7的8～1端、19～23端分别与总线接口电路联接，11端、16端分别接+5V电源，10端经电阻R10与比较器U14A的5端联接，17端与数字选通器U13的3端联接，且17端通过STD总线与CPU联接，9端、18端与非门U3F的12端联接，非门U3F的13端与时钟源CN4的3端联接。

请参见图5所示，脉冲计数电路中第二可编程定时计数器U8的8～1端、19～23端分别与总线接口电路联接；14端与与门U11C的8端联接，15端、18端与数字选通器U13的4端联接，16端与与门U11D的11端联接。数字选通器U13的7端与JK触发器U9A的12端联接，且与非门U3B的3端联接，2端与比较器U15A的2端联接，3端与第一可编程定时计数器U7的17端联接，5端与比较器U15C的14端联接，6端与比较器U15D的13端联接。

与门U12C的10端与STD总线相连，8端与JK触发器U9A的13端联接，且与JK触发器U10A的5端联接，且与JK触发器U9B的10端联接，且与JK触发器U10B的11端联接。

JK触发器U9A、与门U11A、JK触发器U10A、与门U11C从周期信号中得到一个周期内的负半周脉冲。

非门U3B、JK触发器U9B、与门U11B、JK触发器U10B、与门U11D从周期信号中得到一个周期内的正半周脉冲。

在本发明中，CPU发送指令和数据经过总线接口电路向第一可编程定时计数器U7输入，首先控制第一可编程定时计数器U7的17端输出时钟信号INT_CLK，该时钟信号通过STD总线向CPU提供中断源。在CPU响应中断源时钟信号INT_CLK的服务程序中，CPU发送指令、数据给第一可编程定时计数器U7，通过向第一可编程定时计数器U7的片选端21、读有效端22、写有效端23、通道选择端19、通道选择端20输入控制信号，结合1～8引脚的输入数据，来配置该可编程定时计数器的工作模式，控制第一可编程定时计数器U7的10端输出频率按照给定规律变化的第三信号源信号CLK_E。

在本发明中，通过向锁存器U6的11、1端输入控制信号，结合3、4、7、8、13、14、17、18端的输入数据，首先控制锁存器U6的15端、16端输出信号给数字选通器U13的通道选择1端和片选端15端，选择数字选通器U13的7端输出的信号，通过控制锁存器U6的19端输出清零信号/CLR与系统复位信号-SYSRST相与，在与门U12C的8端得到复位RESET信号，在RESET信号的控制、数字选通器U13的7端输出的周期信号下获取出周期信号SD_T的一个周期内的正半周脉冲和负半周脉冲，以及REF_T的一个周期内的正半周脉冲和单周期负半周脉冲；从与门U11C的8端和与门U11D的11端输出的第一门控信号GATE1和第二门控信号GATE2信号输出给第二可编程定时计数器U8的第一计数通道使能输入端14端和第二计数通道使能输入端16端，从数字选通器U13的4端输出的计数时钟源CLK_counter信号输出给第二可编程定时计数器U8的第一计数通道时钟输入端15、第二计数通道时钟输入端18，第二可编程定时计数器U8在CPU输出的命令和数据控制下，输出计数数据给CPU，得到信号精度。

请参见图6所示，信号调理电路的信号输入/输出端与电性能检测箱联接。信号调理电路为常规电路设计，故不作详细说明。

在本发明中，CPU作为信号源装置的核心控制模块，CPU采用STC Client DX型，该CPU内部含有显示模块，可通过VGA接口直接与LCD相连，显示方便；采用串口与工控机相连，可靠性、通用性好；CPU处理速度为66MHz，采用中断响应输出信号源信号，满足信号源发生的实时性要求。CPU负责与数据采集处理工控机(即上位机)通讯，通过串行通讯口与工控机进行连接，接收工控机命令和信号源发生配置参数并发送应答响应。CPU接收到工控机命令后，根据所接收的命令控制模拟输出模块和信号源发生模块。由于敏感器测试标定所需的信号源信号时序要求严格，所以采用中断响应来控制信号源发生模块、模拟输出模块产生严格同步的信号源时序信号。CPU控制信号发生模块产生时钟信号，通过STD总线将该时钟信号引至CPU作为中断源。CPU对中断源作中断响应，在中断响应程序中，通过STD总线控制信号源发生模块、模拟输出模块产生信号源时序信号。

在本发明中，模拟输出模块为了提高信号源发生模块输出的四路模拟地球波(DA1、DA2、DA3和DA4)的精度，模拟输出模块采用DC/DC和信号隔离的方法，将STD总线的电源与D/A转换电路U17供电电源隔离，STD总线信号与D/A转换电路信号隔离，提高D/A转换电路的供电电源稳定性，降低STD总线对于D/A转换电路中的信号干扰。D/A转换芯片采用四路12位的DAC7625。CPU响应中断源时，通过STD总线控制模拟输出模块，总线接口电路实现了STD地址总线和控制总线译码，以及数据总线的驱动。CPU采用“三角形”法计算出的模拟地球波数据，经过总线接口电路输出控制D/A转换电路产生四路模拟地球波，信号调理电路对该四路模拟地球波进行电压放大、功率放大，输出给电性能检测箱。

在本发明中，供电电源(常规电路)采用开关电源，开关电源输出+5V和±15V。通过线缆将+5V和±15V连接到STD总线上，给CPU、信号源发生模块和模拟输出模块供电；通过线缆将+15V连接到液晶显示器(LCD)，给液晶显示器供电。

将本发明信号源发生装置与工控机相连，经工控机对信号的精度采集显示，得到宽扫测试精度为12°±2％，窄扫测试精度为5°±1％，提高了摆动扫描式红外地球敏感器的测试精度。信号源装置实现了在摆动扫描式红外地球敏感器整机安装之前对摆动扫描式红外地球敏感器的各个模块进行单独测试，而且可以通过参数配置考虑多种实际情况更真实地模拟了摆动扫描式红外地球敏感器实际工作环境，采用“三角形”法红外地球波算法更准确地模拟了实际工作环境下的红外地球波，满足了摆动扫描式红外地球敏感器测试所需的红外地球波的高精度和实时性要求，因而大大了提高摆动扫描式红外地球敏感器测试标定效率。

本发明信号源发生装置的设计考虑了地球曲率变化、大气辐射变化、日月干扰、红外地球敏感器自身扫描频率变化等干扰因素，能够真实地模拟摆动扫描式红外地球敏感器的工作环境，准确完成对摆动扫描式红外地球敏感器整机的测试；该信号源装置可以提供研制过程中的摆动扫描式红外地球敏感器整机安装之前各个模块测试所需要的测试信号，实现对摆动扫描式红外地球敏感器整机安装之前各个模块的测试，大大缩短了摆动扫描式红外地球敏感器的研制周期。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种用于摆动扫描式红外地球敏感器测试标定的电信号源装置，其特征在于：由CPU、模拟输出模块、信号源发生模块、供电电源和液晶显示器组成；CPU与模拟输出模块与信号源发生模块通过标准工业STD总线相连，液晶显示器与CPU采用VGA接口相连。

2、根据权利要求1所述的电信号源装置，其特征在于：所述模拟输出模块包括有DC/DC、信号光电隔离电路、D/A转换电路、信号调理电路；其中，D/A转换电路U17的12位数据信号DA0-DA11端、片选CS1端、复位SRR端、模式选择LD1端、通道选通A0端、通道选通A1端与总线接口电路联接，4、5、20、28端分别接数字地，25端接+5V，为D/A转换电路U17供电，1端接基准电压2.5V，3端与运算放大器U21的3端联接，2端与运算放大器U20的3端联接，27端与运算放大器U18的3端联接，26端与运算放大器U19的3端联接；

在D/A转换电路U17的25端接+5V与4端接地时，实现片内单电源供电模式；

运算放大器U21的2端经电阻R31与模拟地联接，4端接-15V电源，7端接+15V电源，1端与5端串联电位计R41，电位计R41的可调节端接+15V电源，2端与6端串联电位计R40、电阻R32，6端通过电阻R4与运算放大器U16A的3端联接；

运算放大器U20的2端经电阻R33与模拟地联接，4端接-15V电源，7端接+15V电源，1端与5端串联电位计R43，电位计R43的可调节端接+15V电源，2端与6端串联电位计R42、电阻R34，6端通过电阻R5与运算放大器U16D的12端联接；

运算放大器U19的2端经电阻R37与模拟地联接，4端接-15V电源，7端接+15V电源，1端与5端串联电位计R47，电位计R47的可调节端接+15V电源，2端与6端串联电位计R46、电阻R38，6端通过电阻R7与运算放大器U16C的10端联接；

运算放大器U18的2端经电阻R35与模拟地联接，4端接-15V电源，7端接+15V电源，1端与5端串联电位计R45，电位计R45的可调节端接+15V电源，2端与6端串联电位计R44、电阻R36，6端通过电阻R6与运算放大器U16B的5端联接。

3、根据权利要求1所述的电信号源装置，其特征在于：所述信号源发生模块包括有锁存器电路、可编程定时计数器电路、脉冲计数电路、信号调理电路；其中，锁存器U6的3、4、7、8、13、14、17、18、11端分别与总线接口电路联接，1端与STD总线联接，2端与经电阻R14与比较器U14D的11端联接，5端经电阻R18与比较器U14C的9端联接，15端与数字选通器U13的1端联接，16端与数字选通器U13的15端联接，19端与与门U12C的9端联接；

第一可编程定时计数器U7的8～1端、19～23端分别与总线接口电路联接，11端、16端分别接+5V电源，10端经电阻R10与比较器U14A的5端联接，17端与数字选通器U13的3端联接，且17端通过STD总线与CPU联接，9端、18端与非门U3F的12端联接，非门U3F的13端与时钟源CN4的3端联接；

脉冲计数电路中第二可编程定时计数器U8的8～1端、19～23端分别与总线接口电路联接；14端与与门U11C的8端联接，15端、18端与数字选通器U13的4端联接，16端与与门U11D的11端联接；数字选通器U13的7端与JK触发器U9A的12端联接，且与非门U3B的3端联接，2端与比较器U15A的2端联接，3端与第一可编程定时计数器U7的17端联接，5端与比较器U15C的14端联接，6端与比较器U15D的13端联接；与门U12C的10端与SID总线相连，8端与JK触发器U9A的13端联接，且与JK触发器U10A的5端联接，且与JK触发器U9B的10端联接，且与JK触发器U10B的11端联接。

4、根据权利要求3所述的电信号源装置，其特征在于：所述JK触发器U9A、与门U11A、JK触发器U10A、与门U11C可以从周期信号中提取出一个周期内的负半周脉冲；非门U3B、JK触发器U9B、与门U11B、JK触发器U10B、与门U11D从周期信号中得到一个周期内的正半周脉冲。

5、根据权利要求1所述的电信号源装置，其特征在于：其宽扫测试精度为12°±2％，窄扫测试精度为5°±1％。

6、根据权利要求3所述的电信号源装置，其特征在于：所述信号源发生模块在CPU响应中断源的服务程序中，CPU发送指令、数据给锁存器U6，通过向锁存器U6的11、1端输入控制信号，结合3、4、7、8、13、14、17、18端的输入数据，控制锁存器U6的2端、5端输出第一信号源信号REF_E和第二信号源信号SD_E。