专利名称：航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备的制作方法
技术领域：
本发明属于航天光学遥感相机电子学系统地面测试领域，涉及航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备。
背景技术：
航天光学遥感相机(以下简称“航天相机”)是卫星和飞船上的关键有效载荷，为保证航天相机电子学系统能够在轨依照各项功能需求圆满完成拍照任务，需在地面对相机的模拟在轨飞行进行详细测试，包括指令调焦、指令拍照、依照实时姿态及轨道参数进行闭环偏流角调整和在轨软件重注等测试，同时实时显示航天相机运行状态，进行遥测参数解析。航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备(以下简称“航天相机模飞专检”) 是用来模拟卫星平台电子学与航天相机电子学系统间在轨飞行时的“真实”数据流。可在地面为航天相机电子学系统提供所需的姿态及轨道数据，用于偏流角和相移补偿计算和实时偏流角的调整。一个比较相近的技术是王栋和胡君在2010年第36卷9期《计算机工程》发表的 “空间光学遥感器控制系统的实时仿真测试"P10 P13，该文章设计基于Windows系统的精确定时与多任务协调处理相结合的实时仿真测试系统。采用FPGA控制的PCI设备出发计算机外部中断的方法实现系统精确定时。按照由高到低的执行优先级，重新排列指令的发出、解析、存储等任务的顺序执行。其思想是为被测试航天相机控制系统提供精确的指令序列。上述测试方法仅能针对航天相机控制指令进行测试，无法提供并模拟相机在轨运行全过程中卫星平台的姿态及轨道参数，无法满足需要实时进行像移补偿和偏流角调整的现代高分辨航天相机测试需求，本发明可解决此问题。
发明内容
本发明以提高空间相机地面功能测试的真实性为目的，特设计一种能够模拟平台中心计算机及GPS在轨工作状态的航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备，以使在整星综合联试之前模拟整星飞行状态，并能提供硬件接口功能失效的模拟环境以考验航天相机电子学系统硬件及软件设计的合理性及可靠性，提早暴露航天相机电子学系统硬件设计及软件设计相关问题。航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备，该设备包括平台星务计算机模拟器、平台GPS模拟器和地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄鳎黄教ㄐ俏窦扑慊Ｄ馄饔肫教℅PS模拟器采用一体化共用机壳结构组成模飞专检电箱，所述模飞专检电箱通过双CAN总线接收地面站遥测�？刂斩朔⑺偷牟问涂刂浦噶睿ü獵AN总线发送至航天相机电子学分系统；所述模飞专检电箱通过双CAN总线接收航天相机电子学分系统的遥感参数，并通过双 CAN总线发送至地面站遥测遥控终端模拟器；
所述平台星务计算机模拟器接收地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄鞣⑺偷奈佬鞘菰葱畔⒓翱刂浦噶钚畔ⅲ畔⒆晃巧鲜莞袷胶笸瓿墒萃焦悴ブ〉哪Ｄ猓⑹迪帜Ｄ馄教ㄐ俏窦扑慊獵AN总线数据指令帧发送至航天相机电子学分系统，同时平台星务计算机模拟器接收航天相机电子学分系统遥测参数转发至地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄鳎� 由地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄鹘薪馕霾⑾允荆凰銎教℅PS模拟器接收地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄鞣⑺偷墓斓朗菰葱畔ⅲ霉斓朗菰醋晃巧瞎斓朗莞袷胶笸瓿蒅PS的双CAN总线轨道数据广播帧的模拟， 并将秒脉冲信号发送至航天相机电子学分系统；所述地面站遥测遥控终端模拟器向平台星务计算机模拟器提供姿态及姿态角速度数据源，向平台GPS模拟器提供STK轨道数据源，接收、解析并显示平台星务计算机模拟器转发的航天相机电子学分系统遥测参数，同时向测试人员提供人机交互界面。航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备除完成原有航天相机电子学系统各硬件接口功能及性能指标检测之外，可完成航天相机在轨运行的全过程模拟，完善了航天相机电子学的测试手段和测试项目，同时在航天相机电子学软件测评过程中也能够发挥重要作用；该装置可模拟实时卫星姿态及轨道数据，能够覆盖航天相机在轨运行过程中的偏流角调整全部过程，还可通过地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄鞣⑺凸收夏Ｄ庵噶睢�
图1本发明航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备装置图。图2本发明航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备软件流程图。
具体实施例方式由图1所示，航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备，该设备包括平台星务计算机模拟器、平台GPS模拟器和地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄鳎凰銎教ㄐ俏窦扑慊Ｄ馄鹘邮盏孛嬲疽２庖？刂斩四Ｄ馄鞣⑺偷奈佬鞘菰葱畔⒓翱刂浦噶钚畔ⅲ畔⒆晃巧鲜莞袷胶笸瓿墒萃焦悴ブ〉哪Ｄ猓⑹迪帜Ｄ馄教ㄐ俏窦扑慊獵AN总线数据指令帧发送至航天相机电子学分系统，同时平台星务计算机模拟器接收航天相机电子学分系统遥测参数转发至地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄鳎傻孛嬲疽２庖？刂斩四Ｄ馄鹘薪馕霾⑾允荆凰銎教℅PS模拟器接收地面站遥测遥控终端模拟器发送的轨道数据源信息，将该轨道数据源转换为星上轨道数据格式后完成GPS的双CAN总线轨道数据广播帧的模拟，并将定时产生OC(Open Collector，集电极开路)形式的秒脉冲信号发送至航天相机电子学分系统；所述地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄飨蚱教ㄐ俏窦扑慊Ｄ馄魈峁┳颂白颂撬俣仁菰矗蚱教℅PS模拟器提供STK轨道数据源，接收、解析并显示平台星务计算机模拟器转发的航天相机电子学分系统遥测参数，同时向测试人员提供人机交互界面。平台星务计算机模拟器与平台GPS模拟器采用一体化共用机壳结构，通过双CAN 总线接收地面站遥测�？刂斩朔⑺偷拿棵胍淮蔚淖颂拔佬枪斓啦问约案髦趾教煜嗷刂浦噶睿ü獵AN总线发送至航天相机电子学分系统；所述模飞专检电箱通过双CAN总线接收航天相机电子学分系统的遥感参数，并通过双CAN总线发送至地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄鳌�
平台星务计算机模拟器采用DSP TMS320F2812作为主控制器，该控制器经过 PLL (Phase Locked Loop，锁相环路)倍频后可工作在150MHz下，高速指令执行速度可使 CAN总线工作至最短帧间隔状态，同时，TMS320F2812芯片本身集成了一个完整的增强型 CAN控制器，称之为eCAN，支持CAN总线硬件链路层协议和数据链路层协议，即CAN2. OA和 CAN2. OB 协议。平台星务计算机采用处理器自带CAN总线接口与地面站遥测�？刂斩私惺荽洌珻AN总线接口芯片采用外扩SJA1000的方式外扩2路CAN总线与相机下位机进行数据传输以模拟星上双CAN总线数据传输。由于SJA1000为5V逻辑器件，而TMS320F2812 的外围端口均为3. 3V逻辑，故需要进行电平转换。这里选用了双8位电平转换器件 UT54ACS164245。处理器与SJA1000的接口控制逻辑通过Xilinx (赛灵思，全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商)的FPGA实现。平台GPS模拟器硬件组成与平台星务计算机模拟器组成基本一致，在平台星务计算机模拟器的基础上增加了 OC形式的秒脉冲接口。地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄饔蒔C机外接CAN分析仪作为主体，采用VC语言开发�？刂噶罘⑺徒缑婕耙２庵噶罱馕鼋缑�。地面站遥测遥控终端模拟器向平台星务计算机模拟器提供姿态及姿态角速度数据源，向平台GPS模拟器提供STK轨道数据源，接收、解析并显示平台星务计算机模拟器转发的航天相机电子学分系统遥测参数，同时向测试人员提供人机交互界面。卫星轨道数据的提取采用STK软件。根据不同卫星的应用需求，可获得不同的轨道参数，其中包括轨道根数、轨道半长轴、轨道高度(平均)、轨道倾角、轨道偏心率、降交点地方时、交点周期、每天运行的圈数、回归周期和相邻轨迹间距(赤道)。此外，利用Matlab 引擎和STK联立，从STK中提取WGS84 (WorId Geodetic System 1984，为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统)坐标系下的速度矢量和位置矢量，星下点经纬度以及惯性坐标系下的速度矢量和位置矢量。卫星姿态数据生成是采用模型仿真和离线数据读入的方式，利用Matlab软件 Simulink�？榇罱ㄗ颂抡嫦低常菇ㄎ佬亲颂ρШ驮硕Ｐ停≡窨刂泼舾衅骷爸葱谢共⒔⑵浯莺叵�。按照卫星的姿态控制算法对该卫星姿态进行控制， Matlab的仿真结果中所获得存储三轴姿态角和姿态角速度数据。所获取的姿态及轨道参数以文件的形式供地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄鞯腣C程序读取并转发到平台星务计算机模拟器后依照CAN总线通信协议双CAN总线发送至航天相机电子学系统，供相机控制器进行像移速度矢量的计算，以调整CCD成像的行转移时间及偏流角。由图2所示，航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备软件由平台星务计算机模拟器DSP程序、平台GPS模拟器DSP程序和地面站遥测遥控终端控制显示VC程序三部分组成。进入程序，由地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄髌舳颂凸斓赖氖莘⑺拖叱�、控制指令转发线程和遥测参数解析并显示线程，数据库存储线程；当发送时间在发送周期内时，打开并读取轨道和姿态数据文件后，将轨道数据文件和姿态数据文件打包并发送至相机电子学分系统并显示在外部界面；当界面有按钮事件时，判读时间标号，匹配指令内容并生成执行指令数据格式，控制并发送指令；当接收到遥测参数时，界面显示参数解析，打开记录文件，在内容末端写入遥测数据后关闭文件，程序结束。
权利要求
1.航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备，其特征在于，该设备包括平台星务计算机模拟器、平台GPS模拟器和地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄鳎黄教ㄐ俏窦扑慊Ｄ馄饔肫教℅PS模拟器采用一体化共用机壳结构组成模飞专检电箱，所述模飞专检电箱通过CAN 总线接收地面站遥测遥控终端发送的参数和控制指令，通过CAN总线发送至航天相机电子学分系统；所述模飞专检电箱通过CAN总线接收航天相机电子学分系统的遥感参数，并通过CAN总线发送至地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄鳎凰銎教ㄐ俏窦扑慊Ｄ馄鹘邮盏孛嬲疽２庖？刂斩四Ｄ馄鞣⑺偷奈佬鞘菰葱畔⒓翱刂浦噶钚畔ⅲ畔⒆晃巧鲜莞袷胶笸瓿墒萃焦悴ブ〉哪Ｄ猓⑹迪帜Ｄ馄教ㄐ俏窦扑慊獵AN总线数据指令帧发送至航天相机电子学分系统，同时平台星务计算机模拟器接收航天相机电子学分系统遥测参数转发至地面站遥测遥控终端模拟器，由地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄鹘薪馕霾⑾允荆凰銎教℅PS模拟器接收地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄鞣⑺偷墓斓朗菰葱畔ⅲ霉斓朗菰醋晃巧瞎斓朗莞袷胶笸瓿蒅PS的CAN总线轨道数据广播帧的模拟，并将秒脉冲信号发送至航天相机电子学分系统；所述地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄飨蚱教ㄐ俏窦扑慊Ｄ馄魈峁┳颂白颂撬俣仁菰矗蚱教℅PS模拟器提供STK轨道数据源，接收、解析并显示平台星务计算机模拟器转发的航天相机电子学分系统遥测参数，同时向测试人员提供人机交互界面。
2.根据权利要求1所述的航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备，其特征在于，所述平台星务计算机模拟器采用DSP TMS320F2812作为主控制器。
3.根据权利要求2所述的航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备，其特征在于，所述TMS320F2812芯片本身集成了一个完整的增强型CAN控制器，支持CAN2. OA和 CAN2. OB 协议。
4.根据权利要求1所述的航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备，其特征在于，所述CAN总线接口采用电压为5V的SJA1000逻辑器件。
5.根据权利要求1所述的航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备，其特征在于，所述平台GPS模拟器采用集电极开路形式的秒脉冲接口，定时产生集电极开路形式的秒脉冲信号。
6.根据权利要求1所述的航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备，其特征在于，所述地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄饔蒔C机外接CAN分析仪作为主体，采用VC语言开发�？刂噶罘⑺徒缑婕耙２庵噶罱馕鼋缑�。
7.根据权利要求1所述的航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备，其特征在于，所述航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备采用STK软件提取飞行器轨道数据，利用Matlab软件按照飞行器的姿态控制算法对该飞行器姿态进行控制获得飞行器三轴姿态角和姿态角速度数据。
全文摘要
本发明航天光学遥感相机模拟在轨飞行专用测试设备属于航天光学遥感相机电子学系统地面测试领域，该装置包括平台星务计算机模拟器，平台GPS模拟器和地面站遥感�？刂斩四Ｄ馄鳎凰銎教ㄐ俏窦扑慊Ｄ馄饔肫教℅PS模拟器采用一体化共用机壳结构，自带CAN总线接口与地面站遥测�？刂斩四Ｄ馄骱秃教煜嗷缱友Х窒低辰惺荽洌米爸每赏瓿珊教煜嗷诠煸诵械娜棠Ｄ猓晟屏撕教煜嗷缱友У牟馐允侄魏筒馐韵钅浚痹诤教煜嗷缱友砑馄拦讨幸材芄环⒒又匾饔茫桓米爸每赡Ｄ馐凳蔽佬亲颂肮斓朗荩芄桓哺呛教煜嗷诠煸诵泄讨械钠鹘堑髡抗蹋箍赏ü孛嬲疽２庖？刂斩四Ｄ馄鞣⑺凸收夏Ｄ庵噶�。
文档编号G01C25/00GK102519437SQ20111040904
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者张刘, 徐伟, 徐拓奇, 朴永杰, 王绍举 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
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