CN205121280U

CN205121280U - 一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统

Info

Publication number: CN205121280U
Application number: CN201520788652.6U
Authority: CN
Inventors: 王艳宝; 武延鹏; 郑然�; 彭宇
Original assignee: Beijing Institute of Control Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Control Engineering
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2025-10-13

Abstract

一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统采用一个线路盒连接多个探头的配置形式。探头输出原始图像数据，线路盒完成图像数据预处理和融合处理。线路盒内部对应每个探头配备一个FPGA模块完成图像预处理。线路盒内部配备主备两个冷备份的处理器模块，每个处理器模块均可独立完成n个FPGA模块预处理数据的进一步融合处理。线路盒内部配备主备两个冷备份的电源模块，分别为主备处理器模块供电，且均可独立对n个FPGA模块和探头进行供电。处理器模块可控制对每个FPGA模块与对应探头进行加断电。n个FPGA模块与探头工作于热备状态。本实用新型具有组成简单、配置灵活、可靠性高的特点。

Description

一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统

技术领域

本实用新型涉及一种多探头高精度星敏感器，特别是一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统。

背景技术

星敏感器作为一种高精度姿态测量部件，广泛应用于卫星、飞船等航天器上。随着技术的发展，对星敏感器的体积、功耗、测量精度等指标提出了越来越苛刻的要求。

传统的单探头星敏感器姿态角不能等精度输出，光轴输出精度高而横轴输出精度低，另外如果太阳杂散光进入视场会影响星敏感器性能甚至造成无法正常工作。为此，通常航天器上需安装两台或两台以上星敏感器，它们独立工作，互为备份。由航天器上控制计算机对多台星敏感器输出的姿态数据进行融合处理。这种多台独立星敏感器的冗余配置方式，每台星敏感器均由单个探头、处理模块、供电模块等组成，整个系统尺寸、重量、功耗均比较大。另外，这种多台独立星敏感器的冗余配置方式，只能实现最终姿态数据的融合，无法实现原始数据处理过程中的融合，限制了测量精度的提高。

近年来，国内外开始了多探头(多视场)星敏感器的探索研制。这类星敏感器将多个探头的图像数据输出给一个处理单元进行融合处理。最典型的多探头星敏感器是法国SORDEN公司的HYDRA星敏感器。该星敏感器探头可选择配置2～4个，线路盒可配置一个或两个(其中一个为备份)。由每个探头内部完成图像预处理后，分两路将预处理结果输出给主备份线路盒进行融合处理。这种采用多个线路盒连接多个探头的冗余配置方式，线路盒不能实现模块级的灵活配置，两个线路盒的冗余备份方式不利于整机系统的小型化。如果只采用单个线路盒在可靠性方面又显得不足。另外，这种星敏感器探头需要具有图像预处理功能，导致探头体积、功耗增加，不利于探头的安装和热稳定性设计。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种多探头高精度星敏感器冗余配置架构，提高星敏感器测量精度的同时，保证产品实现简单、可靠性高、配置灵活。

本实用新型的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统，包括线路盒和探头；其中线路盒包括主电源模块、备电源模块、主处理器模块、备处理器模块和FPGA模块；所述探头包括探测器模块和内部接口；

探头内部的探测器模块与内部接口连接，并通过探头内部的接口与线路盒内部的接口相连，探头数n与线路盒内的接口数n以及FPGA模块数n相对应；在线路盒内，n个接口分别对应连接n个FPGA模块，同时n个接口分别通过n条供电线与主电源模中的第一开关和备电源模块中的第二开关连接；主电源模块内部的第一开关与第一DC-DC电压转换模块连接，主电源模块中的第一DC-DC电压转换模块与外部主电源接口连接，第一开关与主处理器模块连接，实现接收主处理器模块输出的开关控制信号，主电源模块与主处理器模块连接实现对主处理器模块的供电；备电源模块内部的第二开关与第二DC-DC电压转换模块连接，备电源模块中的第二DC-DC电压转换模块与外部备电源接口连接，第二开关与备处理器模块连接，实现接收备处理器模块输出的开关控制信号，备电源模块与备处理器模块连接实现对备处理器模块的供电；FPGA模块通过传图接口与外部计算机连接，每个FPGA模块通过主数据总线与主处理器模块连接，通过备数据总线与备处理器模块连接；主处理器模块通过主通讯接口与外部计算机连接，备处理器模块通过备通讯接口与外部计算机连接。

在上述的一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统：

探头：将探测到得数据进行光电转换生成原始图像，并将原始图像数据发送至线路盒中的FPGA模块；

FPGA模块：连接探头用于完成探头曝光控制，对探头传输的原始图像进行星点提取、质心计算预处理，并将预处理结果输出至主处理器模块和备处理器模块；

主电源模块：将外部输入电压转换为多探头高精度星敏感器冗余系统规格的电压，为主处理器模块供电，同时输出n路电源分别对n个FPGA模块和探头进行供电；

备电源模块：主电源模块正常工作时，备电源模块不工作；当主电源模块或主处理器模块出现故障时，备电源模块工作，将外部输入电压转换为多探头高精度星敏感器冗余系统规格的电压，为备处理器模块供电，同时输出路电源分别对n个FPGA模块和探头进行供电；

主处理器模块：与n个FPGA模块连接，读取n个FPGA模块的预处理结果，对预处理结果进行星图识别、姿态解算处理，并将处理结果通过主通讯接口发送至外部控制计算机；

备处理器模块：主电源模块正常工作时，备处理器模块不工作；当主电源模块或主处理器模块出现故障时，备处理器模块工作，备处理器模块与n个FPGA模块连接，读取n个FPGA模块的预处理结果，进一步进行星图识别、姿态解算处理，并将处理结果通过备通讯接口发送至外部控制计算机。

在上述的一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统，对于可靠性要求不高的应用场合，可选择只配置两个探头和两个FPGA模块，主电源模块与主处理器模块、备电源模块与备处理器模块可选择只配置主份不配置备份。

在上述的一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统，主电源模块内部包括第一DC-DC电压转换模块和第一开关，第一DC-DC电压转换模块通过主电源接口与外部电源连接，将外部输入电压转换为多探头高精度星敏感器冗余系统规格的电压；第一开关在正常工作时由主处理器模块输出控制信号打开，在某个FPGA模块或探头发生故障时，由主处理器模块输出对应的控制信号将故障的FPGA模块与探头的供电关断。

在上述的一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统，备电源模块内部包括第二DC-DC电压转换模块和第二开关，第二DC-DC电压转换模块通过备电源接口与外部电源连接，将外部输入电压转换为多探头高精度星敏感器冗余系统规格的电压；开关在正常工作时由备处理器模块输出控制信号打开，在某个FPGA模块或探头发生故障时，由备处理器模块输出对应的控制信号将故障的FPGA模块与探头的供电关断。

在上述的一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统，FPGA模块收到的原始图像和星点提取、质心计算预处理结果可通过传图接口a、传图接口b和传图接口c，下传至外部计算机。

在上述的一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统，n值为2-4。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

(1)本实用新型不同于常规的多台独立星敏感器的冗余配置方式，而是单机内部的冗余配置，在单机内部实现原始数据融合，有利于提高测量精度，同时可有效减小体积、重量、功耗。

(2)本实用新型采用单个线路盒连接多个探头，线路盒内部按主电源模块、主处理器模块、备电源模块、备处理器模块及n个FPGA模块进行功能模块划分，并实现探头之间的热备份、FPGA模块之间的热备份、主电源模块与备电源模块之间冷备份、主处理器模块与备处理器模块之间冷备份的工作模式，冷备与热备相结合实现模块级的冗余备份，具有实现简单、可靠性高、配置灵活的特点。

附图说明

图1为本实用新型一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统框架图；

图2为本实用新型线路盒电路分板及配置图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述：

如图1所示为一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统框架图，由图可知包括线路盒和探头；其中线路盒包括主电源模块、备电源模块、主处理器模块、备处理器模块和FPGA模块；所述探头包括探测器模块和内部接口；

多探头高精度星敏感器冗余配置系统个模块的功能如下：

探头与线路盒间接口信号包括供电、曝光控制、图像数据。探头包含探测器模块，探测器模块通过光电转换将光信号转换为原始图像数据，并将原始图像数据输出给线路盒，线路盒主要功能是完成图像数据预处理和融合处理，同时为探头提供电源和开始、停止曝光等控制信号。线路盒内部n个FPGA模块相同，每个FPGA模块对应连接一个探头用于完成探头曝光控制和图像预处理。具体图像预处理包括星点提取、质心计算。线路盒内部主备两个处理器模块为冷备份，默认主份加电工作备份不加电，主份故障时切换到备份加电工作主份不加电。处理器模块由处理器、程序存储器、变量SRAM等组成，每个处理器的数据总线(外部存储器访问总线)连到n个FPGA模块，每个处理器均可读取n个FPGA模块的预处理结果完成进一步融合处理。具体融合处理包括星图识别、姿态解算。线路盒内电源模块主要功能是将外部输入的电源经电压转换后为其它各模块供电。主备两个电源模块为冷备份，分别为主备处理器模块供电，同时每个电源模块均输出n路电源分别对n个FPGA模块和探头进行供电。电源模块默认主份加电工作备份不加电，在主电源模块或主处理器模块故障时，切换到备份加电工作主份不加电。每个处理器模块输出n路开关信号给对应电源模块，分别控制每个FPGA模块及其所连探头的加断电。n个FPGA模块与探头工作于热备状态。各FPGA模块与探头同时加电工作，在某个FPGA模块或探头发生故障时，由处理器模块控制关断其供电，实现故障隔离。线路盒具有主备两个对外通讯接口分别连到主备处理器模块，主备两个外部电源接口分别连到主备电源模块，FPGA模块收到的原始图像和星点提取、质心计算预处理结果可通过下图接口a、下图接口b、下图接口c，下传至外部计算机。

n个探头处于热备份工作状态；n个FPGA模块处于热备份工作状态；主处理器模块与备处理器模块处于冷备份工作状态；主电源模块与备电源模块处于冷备份工作状态。

如图2所示为本实用新型线路盒电路分板及配置图，由图可知，线路盒按功能模块进行电路分板，分别为FPGA板a、FPGA板b、FPGA板c、主处理器板、主电源板、备处理器板、备电源板，各电路板通过板间接插件进行互连。在只配置两个探头和FPGA模块的情况下，直接去掉一块FPGA板。在电源模块和处理器模块不需要主、备两份的情况下，可直接去掉备份电源板和处理器板。

电源模块与处理器模块冷备份是指主电源模块与主处理器模块、备电源模块与备处理器模块正常情况下主份加电工作备份不加电，在主份故障时，切换到备份加电工作主份不加电，主备份功能相同。

FPGA模块与探头热备份是指n个FPGA模块与探头功能相同，同时加电工作，在某个FPGA模块或探头发生故障时，由处理器模块控制关断其供电，实现故障隔离。

冗余配置系统探头与FPGA模块，也可选择只配置两个。对于可靠性要求不高的应用场合，主电源模块与主处理器模块、备电源模块与备处理器模块可选择只配置主份不配置备份。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims

1.一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统，其特征在于：包括线路盒和探头；其中线路盒包括主电源模块、备电源模块、主处理器模块、备处理器模块和FPGA模块；所述探头包括探测器模块和内部接口；

2.根据权利要求1所述的一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统，其特征在于：对于可靠性要求不高的应用场合，可选择只配置两个探头和两个FPGA模块，主电源模块与主处理器模块、备电源模块与备处理器模块可选择只配置主份不配置备份。

4.根据权利要求1所述的一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统，其特征在于：所述主电源模块内部包括第一DC-DC电压转换模块和第一开关，第一DC-DC电压转换模块通过主电源接口与外部电源连接，将外部输入电压转换为多探头高精度星敏感器冗余系统规格的电压；第一开关在正常工作时由主处理器模块输出控制信号打开，在某个FPGA模块或探头发生故障时，由主处理器模块输出对应的控制信号将故障的FPGA模块与探头的供电关断。

5.根据权利要求1所述的一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统，其特征在于：所述备电源模块内部包括第二DC-DC电压转换模块和第二开关，第二DC-DC电压转换模块通过备电源接口与外部电源连接，将外部输入电压转换为多探头高精度星敏感器冗余系统规格的电压；开关在正常工作时由备处理器模块输出控制信号打开，在某个FPGA模块或探头发生故障时，由备处理器模块输出对应的控制信号将故障的FPGA模块与探头的供电关断。

6.根据权利要求1所述的一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统，其特征在于：FPGA模块收到的原始图像和星点提取、质心计算预处理结果可通过传图接口a、传图接口b和传图接口c，下传至外部计算机。

7.根据权利要求1所述的一种多探头高精度星敏感器冗余配置系统，其特征在于：所述n值为2-4。