卫星姿态轨道控制测试系统和系统测试方法

摘要

本发明提供一种卫星姿态轨道控制测试系统和系统测试方法。本发明的卫星姿态轨道控制测试系统包括：模拟器头部，用于在测试中输出模拟信号，模拟待测卫星的运行环境；模拟器智能控制器，连接模拟器头部，控制模拟器头部的运行并采集模拟器头部的工作状态；模拟器远程客户端，连接模拟器智能控制器，远程控制模拟器智能控制器的运行并显示模拟器头部的工作状态；模拟器远程客户端与所述模拟器智能控制器通过总线连接。本发明可以实现模拟器远程控制功能。通过模拟器远程客户端进行远程控制和状态显示，实现了测试现场的无人值守，提高了工作效率。

说明书

技术领域

本发明涉及航天测试设备领域，特别是涉及一种卫星姿态轨道控制测试 系统和系统测试方法。

背景技术

卫星姿轨控(姿态轨道控制)测试系统用于卫星姿轨控分系统的地面测 试。传统的卫星姿轨控测试系统中有些模拟器(如太阳模拟器)不接入测试 网络，需要工作人员在测试现场手动操作模拟器，无法实施远程自动化控制。

而且，某些模拟器若是发生工作故障将有可能会对星上产品造成危害。 例如地球模拟器加温模块若是发生故障导致加温模块持续加热，如果不及时 采取措施，会对星上红外地球敏感器造成损害；例如太阳模拟器的小太阳模 型头部转动机构若是失控，转动到达指定角度后未停止转动，如果不及时采 取应对措施，太阳模拟器头部就会撞到卫星上的太阳敏感器，损害星上设备。

因此监视模拟器是否正常工作，并在出现问题时及时采取处理措施是非 常重要的。现有方法靠人工检查来发现故障，容易出现操作失误和疏忽大意 的过失。为了提高测试的可靠性和安全性，迫切需要一种能够自动识别模拟 器故障并能采取相应措施的系统。

另一方面，部件测试是卫星控制分系统测试的重要组成部分，主要验证 控制分系统各部件的性能是否符合指标要求。现有的数据统计处理软件和模 拟器之间没有信息的交互，无法实现在模拟器输出设置完毕后自动统计测试 数据。现有的测试方法为一个人按照要求设置模拟器输出，另外一个人专门 负责统计处理部件的遥测数据，这种方法占用了大量人力和时间。

综上所述，现有的卫星姿轨控测试系统依赖人工方法，已经不能够满足 模拟器远程自动化控制、模拟器的故障自主识别处理和部件测试数据自动统 计处理的要求。

发明内容

本发明解决以下的技术问题：

(1)、实现模拟器的远程控制，不再需要人工在测试现场对卫星姿轨 控测试系统进行模拟器操作。

(2)、提供能自行检测模拟器故障并采取措施的系统，取代目前仅靠 人工来识别和处理故障的方式。

(3)、自动对部件测试数据进行统计处理，避免统计工作占用大量人 力时间造成的工作效率低下。

本发明的技术方案为：一种卫星姿态轨道控制测试系统，包括：模拟器 头部，用于在测试中输出模拟信号，模拟待测卫星的运行环境；模拟器智能 控制器，连接模拟器头部，控制模拟器头部的运行并采集模拟器头部的工作 状态；模拟器远程客户端，连接模拟器智能控制器，远程控制模拟器智能控 制器的运行并显示模拟器头部的工作状态；模拟器远程客户端与模拟器智能 控制器通过总线连接。

模拟器智能控制器内包括零槽控制器，零槽控制器连接至总线；零槽控 制器内存储专家知识库，用于与模拟器头部的工作状态信息比对以判断故 障。

模拟器智能控制器内包括模拟器工作状态采集模块，模拟器工作状态采 集模块采集模拟器头部的工作状态信息，并与零槽控制器连接。

模拟器智能控制器内包括模拟器驱动功放模块，模拟器驱动功放模块控 制模拟器头部的驱动，与零槽控制器连接并受零槽控制器的控制。

还包括：数据统计计算机，数据统计计算机连接总线，接受模拟器智能 控制器广播的设置信息和待测卫星的敏感器的遥测数据，自动进行测试数据 的统计分析。

还包括：动力学仿真计算机，动力学仿真计算机连接总线，用于控制模 拟器智能控制器；且动力学仿真计算机连接待测卫星。

还包括，数据库服务器，连接至总线，读取并存储动力学仿真计算机的 输出信息、模拟器头部的工作状态、敏感器遥测信息和模拟器故障检测判读 信息中的一项或多项。

本发明的另一方面提供了一种卫星姿态轨道控制系统测试方法，包括步 骤S1，由模拟器头部在测试中输出模拟信号；步骤S2，由模拟器智能控制 器连接模拟器头部，控制模拟器头部的运行并采集模拟器头部的工作状态； 步骤S3，由模拟器远程客户端连接模拟器智能控制器，远程控制模拟器智 能控制器的运行并显示模拟器头部的工作状态。

还包括：步骤S4，由模拟器工作状态采集模块采集模拟器头部的工作 状态信息，并传送至模拟器智能控制器内的零槽控制器；由零槽控制器内存 储的专家知识库进行模拟器头部的工作状态信息比对以判断是否存在故障。

还包括：步骤S5，数据统计计算机连接总线，接受模拟器智能控制器 广播的设置信息和待测卫星的敏感器的遥测数据，自动进行测试数据的统计 分析。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明实现了模拟器测试的网络化。将模拟器智能控制器的零槽 控制器通过总线接入局域网测试网络。

(2)本发明可以实现模拟器远程控制功能。通过模拟器远程客户端进 行远程控制和状态显示，实现了测试现场的无人值守，提高了工作效率。

(3)本发明实现了模拟器故障检测和故障处理功能。通过模拟器智能 控制器接收工作状态信息与敏感器遥测信息，调用专家知识库来判断当前模 拟器工作状态是否正常。如果模拟器故障，那么发出警报并采取故障处理措 施，有力保障了星上和地面设备的安全，提高了测试的安全性和可靠性。

(4)本发明提出的系统具有自动数据统计功能。数据统计计算机在卫 星控制系统部件测试时，通过局域网LAN总线接收模拟器智能控制器广播 的角度设置信息，自动进行敏感器遥测数据的统计分析。数据的统计过程中 不需要人工操作，从而节省了大量人力时间。

(5)本发明提出的系统适应不同测试工作的需要。卫星姿轨控系统测 试主要分为部件测试和闭环测试。在部件测试时，通过模拟器远程客户端来 对模拟器智能控制器进行设置；在闭环测试时，动力学仿真计算机通过LAN 总线通讯对模拟器智能控制器进行实时控制。

附图说明

图1是本发明的一种卫星姿态轨道控制测试系统的架构图。

图2是本发明的系统内的模拟器智能控制器模块构成图。

图3是本发明一种卫星姿态轨道控制测试系统的工作流程图。

具体实施方式

本发明的一种具有模拟器远程控制功能、网络化的卫星姿态轨道控制测 试系统，包括：模拟器智能控制器、模拟器远程客户端、模拟器头部、数据 库服务器、动力学仿真计算机、展开箱、接口箱、遥测显示计算机。其中， 模拟器智能控制器通过LAN总线与模拟器远程客户端连接，数据库服务器、 动力学仿真计算机、遥测显示计算机也连接在LAN总线上。外部的总控计 算机与遥测显示计算机连接。展开箱、接口箱则与动力学仿真计算机连接。

模拟器智能控制器包括零槽控制器、模拟器工作状态采集模块、模拟器 驱动信号模块、模拟器驱动功放模块等。模拟器智能控制器内部模块间通讯 采用PXI总线实现。模拟器智能控制器与外部测试系统的通讯，通过零槽控 制器的LAN接口实现。

模拟器智能控制器有两种工作方式。在闭环测试时接收动力学仿真计算 机的控制指令进行工作；在部件测试时接收远程客户端的控制指令进行工 作。

模拟器智能控制器还具有模拟器故障检测和处理的功能。模拟器工作状 态采集模块采集模拟器的工作状态信息，并通过内部PXI总线与零槽控制器 通讯。

遥测显示计算机向测试网络转发来自总控计算机的敏感器的遥测信息。 零槽控制器通过LAN口接收遥测显示计算机广播的信息。

本实施例的零槽控制器采用NI PXI-8133嵌入式控制器，作为模拟器智 能控制器的内部PXI总线的控制模块。除此之外，也可采取其他型号的控制 模块作为零槽控制器，需要满足与总线通讯的需求和控制模拟器头部的功 能。

零槽控制器装有专家知识库软件，通过将模拟器工作状态采集模块获得 的模拟器头部的工作状态、敏感器的遥测信息与专家知识库的判读规则进行 比对，实现了模拟器的故障检测报警和故障应急处理功能。零槽控制器在模 拟器判定为故障时，通过继电器对模拟器驱动功放模块电源断电，保护模拟 器和星上产品的安全。

模拟器头部受模拟器控制器控制，包括太阳模拟器头部、地球模拟器头 部、星模拟器头部。太阳模拟器头部发出模拟太阳光，地球模拟器头部模拟 地球圆盘和天空背景，星模拟器头部发出模拟恒星光。

以下结合附图具体说明一个实施例如下：

如图1所示，一种具有模拟器远程控制功能的卫星姿轨控测试系统，主 要包括模拟器智能控制器、模拟器远程客户端、模拟器头部、数据库服务器、 动力学仿真计算机、展开箱、接口箱、遥测显示计算机等。

模拟器智能控制器分为太阳模拟器智能控制器、地球模拟器智能控制 器、星模拟器智能控制器。

模拟器的远程客户端分为太阳模拟器远程客户端、地球模拟器远程客户 端、星模拟器远程客户端。

模拟器远程客户端实现模拟器的远程显示和远程控制功能。远程客户端 采用LAN与模拟器智能控制器的零槽控制器通讯，实现模拟器工作状态和 故障报警信息的远程显示。在部件测试时将模拟器的控制目标角度测试序列 下装到模拟器智能控制器的零槽控制器中。

模拟器远程客户端显示的信息有模拟器的工作状态信息、模拟器的故障 状态信息。模拟器的工作状态信息包括地球模拟器的天空和地面的温度、滚 动或俯仰轴姿态角、弦宽、前基；太阳模拟器信息包括小太模头转动角度、 太阳灯亮灭标志等；星模拟器信息包括恒星数量、星等信息、天区信息等。 模拟器远程客户端同时也显示卫星姿态敏感器的遥测信息。

模拟器头部受模拟器智能控制器控制。模拟器头部包括太阳模拟器头 部、地球模拟器头部、星模拟器头部。太阳模拟器头部发出模拟太阳光，地 球模拟器头部模拟地球圆盘和天空背景，星模拟器头部发出模拟恒星光。

数据库服务器读取动力学仿真计算机的输出信息、模拟器工作状态、敏 感器遥测信息和模拟器故障检测判读信息等数据，并完成存储，以备查询。

数据统计计算机在部件测试时根据模拟器智能控制器在LAN网络中广 播的模拟器角度设置信息，可以自动的进行敏感器性能测试数据统计功能。 测试结束后，输出并打印数据统计报告。数据统计计算机主要负责卫星姿轨 控分系统敏感器遥测信息的数据统计，具体有：红外地球敏感器弦宽与前基 的均值与方差；陀螺输出的角速度的均值和方差，陀螺常值漂移计算，陀螺 的随机漂移计算；模拟太阳敏感器的角度输出均值与方差；数字太阳敏感器 的角度输出与方差；星敏感器输出四元数q0、q1、q2、q3的均值与方差等。

遥测显示计算机负责星上快帧、慢帧、姿态广播数据以及重要数据的原 码和解码数据的显示。遥测显示计算机向测试网络转发来自总控计算机的遥 测信息。

如图2所示，模拟器智能控制器包括零槽控制器、模拟器工作状态采集 模块、模拟器驱动信号模块、模拟器驱动功放模块等。

本发明的模拟器智能控制器内部模块间采用PXI总线通讯。PXI零槽控 制器通过LAN接入测试网络中。在闭环测试时接收动力学仿真计算机的给 定角度指令。零槽控制器与模拟器远程客户端通讯，将模拟器的工作信息和 故障检测信息发给远程客户端，并在部件测试时接收远程客户端给定的模拟 器输出角度指令。

零槽控制器内存储了专家知识库，通过将模拟器头部的工作状态、敏感 器(星上设备)的遥测信息与专家知识库的判读规则进行比对，来实现对模 拟器的故障检测报警，并进行故障应急处理。零槽控制器在模拟器判定为故 障时，可以通过继电器对模拟器驱动功放模块电源断电，保护模拟器和星上 产品的安全。

专家知识库的判读和处理故障规则可以根据不同卫星的实际情况设定。 典型的几条判读规则例如：地球模拟器天空和地面温差持续变大，温度差值 达到预设的故障阈值后，发出警报并关闭地球模拟器电源；遥测红外辐射强 度值持续变大，达到预设的故障阈值后，发出警报并关闭地球模拟器电源。 太阳模拟器的小太模(小太阳模型)头部持续转动，转动角度与设定角度之 差超过阈值后，发出警报并关闭太模头部供电电源。遥测模拟太阳角度输出 与角度设定值之差超过阈值，或者遥测数字太阳角度输出与角度设定值之差 超过阈值，发出警报并关闭太模头部供电电源。

模拟器工作状态采集模块通过PXI总线与零槽控制器通信，主要采集模 拟器头部工作状态信息，经隔离放大后，再通过A/D采样，将模拟器的工作 信息从模拟量转化成数字量。主要采集的模拟器工作状态信息有地球模拟器 的天空和地面的温度、滚动或俯仰轴姿态角、弦宽、前基等。太阳模拟器信 息包括小太模头转动角度、太阳灯亮灭标志等。星模拟器信息包括恒星数量、 星等信息、天区信息等。

模拟器驱动信号模块通过PXI总线与零槽控制器通信，根据零槽控制器 输入的指令，产生模拟器头部的控制信号。太阳模拟器头部的控制信号包括 模拟器头部转动角度、太阳灯亮灭信号等。地球模拟器头部的控制信号包括 加温模块的温度控制信号、模拟地球圆盘的位置控制信号、模拟弦宽控制信 号等。星模拟器的控制信号包括星图信息、星等信息等。

模拟器功放模块与模拟器驱动信号模块连接，实现模拟器头部控制信号 的功率放大功能并通过电缆与模拟器头部相连，对模拟器头部进行控制。

卫星上的敏感器遥测信息包括红外辐射强度、红外电机电流、红外探测 器温度，红外见太阳标志、红外角度估值、模拟太阳角度、模拟太阳见太阳 标志、数字太阳角度、数字太阳全开码、数字太阳见太阳标志、星敏背景均 值、背景阈值、星敏头部温度、提取星数、识别星数等，这些信息由其他分 系统采集，可通过LAN总线送至总控计算机，遥测显示计算机与总控计算 机通信并转发遥测信息至总线上的各个设备，例如数据统计计算机进行分 析，数据库服务器进行存储，遥测显示计算机进行显示等。

如图3所示，工作流程为模拟器上电后，执行系统初始化。对模拟器设 备状态进行自检，检查内部总线通讯和外部LAN通信状态。自检完成后， 进行自检状态判断。自检成功进行下一步模拟器输出调零，调零完毕后，判 读是否零位。确定为零位，调零成功后，部件测试时手动设置模拟器信息或 者选择加载测试序列，闭环测试时根据动力学仿真计算机给定的角度设置模 拟器。模拟器按测试序列输出角度完毕或闭环测试结束后，模拟器停止输出， 测试结束。

部件测试时可以选择加载测试序列。测试序列包含模拟器的一系列输出 角度，每一个角度输出对应一定时间。例如太阳模拟器输出角度测试序列为 “-15°、-5°、-1.5°、0°、1.5°、5°、15°”。每个角度可以设置输 出的时间，典型设定为1分钟。

闭环测试时选择动态星模拟器智能控制器和地球模拟器智能控制器分 别与动力学仿真计算机实时通讯，并实时按照动力学仿真计算机给出的目标 角度，设置模拟器给出相应的角度。

同时模拟器智能控制器将模拟器的输出设置信息广播到测试网络中，数 据统计计算机根据模拟器的输出信息，选取对应时间段的卫星敏感器遥测信 息，并进行数据统计处理。数据统计计算机通过与数据库服务器通讯来获取 卫星敏感器的遥测信息。

动力学仿真计算机通过软件模拟空间环境和卫星动力学控制定律。通过 接口给出姿态信号，接收执行机构传来的信号，进行分析和计算。计算出作 用在卫星上的力和力矩，进行动力学转移计算，求出卫星的角速度和姿态， 再转换成各敏感器的输入信息，通过LAN总线送到相应的模拟器。

本发明未描述的具体技术，例如各个计算机或模块的内部结构和内部的 软件处理方法，属于本领域技术人员已知的现有技术。