專利名稱：一種碼盤式太陽敏感器探頭模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬器，尤其涉及一種碼盤式太陽敏感器探頭模擬器。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星電性能測試過程包括部件測試、分系統(tǒng)測試和整星測試，在各階段測試過程中，需要一些輔助的設(shè)備或者裝置，用于模擬真實(shí)的星上設(shè)備，以達(dá)到部件、分系統(tǒng)或者整星電性能測試的目的，這些模擬真實(shí)設(shè)備的輔助設(shè)備或者裝置稱為模擬器。模擬器主要模擬真實(shí)星上設(shè)備電接口的輸入輸出信號特性、通信協(xié)議、部件特性等。太陽敏感器是星上常用設(shè)備，通過敏感太陽光確定測量裝置與太陽線光夾角，從而用于衛(wèi)星姿態(tài)測量與確定；太陽敏感器包括探頭和處理電路兩部分。碼盤式太陽敏感器是一種數(shù)字式太陽敏感器，其探頭主要是平面平行的棱鏡玻璃，該棱鏡玻璃上下表面先鍍不透光的金屬膜，然后在該棱鏡玻璃上表面光刻出一條透光的窄縫，在該棱鏡玻璃下表面光課程透明和不透明間隔的格雷碼圖案，并在該格雷碼圖案上的每條碼道上緊貼硅光電池。太陽光由入縫射入，經(jīng)過玻璃折射后在碼盤圖案上形成一個(gè)窄的光帶，即太陽像。該太陽像落在某碼道的透明區(qū)時(shí)，相應(yīng)的碼道硅光電池就產(chǎn)生一個(gè)光電信號，該光電信號經(jīng)過處理電路處理成“1”；如果該太陽像落在某碼道的非透明區(qū)，則相應(yīng)的碼道硅光電池產(chǎn)生的光電信號經(jīng)過處理電路處理成“0”;利用一系列“0” “1”不同排列位置的格雷碼即可測量出太陽的姿態(tài)角。碼盤式太陽敏感式太陽敏感器探頭輸出信號包括7路粗碼(格雷碼形式)、4路細(xì)分碼、1路全開碼、2路監(jiān)視碼，其中細(xì)分碼為-100μΑ-0Α 電流，其他信號為二狀態(tài)量(0 μ A或者-100 μ Α，0 μ A或者-50 μ Α)。碼盤式太陽敏感器探頭模擬器用于檢測碼盤式太陽敏感器的處理電路，其原理是接收指令(太陽角數(shù)據(jù))輸入替代太陽光輸入，并按協(xié)議要求轉(zhuǎn)換成與真實(shí)探頭相一致的輸出信號，并將該輸出信號發(fā)送給碼盤式太陽敏感器的處理電路。碼盤式太陽敏感器探頭模擬器用于對太陽敏感器進(jìn)行檢測，部件測試時(shí)要求對測量范圍內(nèi)多個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行測試， 比如需要探頭精確給出37.5°，采用實(shí)際的探頭照射太陽光很難精確給出。衛(wèi)星進(jìn)行閉環(huán)模飛測試時(shí)，模擬衛(wèi)星在一個(gè)或者多個(gè)軌道周期內(nèi)衛(wèi)星的姿態(tài)與軌道運(yùn)動(dòng)，此時(shí)太陽角是實(shí)時(shí)變化的，實(shí)際的探頭在地面測試時(shí)無法給出與衛(wèi)星姿態(tài)相應(yīng)的實(shí)時(shí)變化的太陽角，在這種情況下，需要采用碼盤式太陽敏感器探頭模擬器替代真實(shí)的太陽敏感器抬頭進(jìn)行衛(wèi)星測試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種碼盤式太陽敏感器探頭模擬器，以滿足碼盤式個(gè)敏感器處理電路測試要求。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種碼盤式太陽敏感器探頭模擬器，包括處理單元、通訊單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、壓控電流源、驅(qū)動(dòng)電路和二狀態(tài)量輸出單元，其中，所述通訊單元與所述處理單元連接；
所述處理單元的第一輸出端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸入端連接；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端與所述壓控電流源的輸入端連接；所述處理單元的第二輸出端與所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接；所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與所述二狀態(tài)量輸出單元的輸出端連接；所述處理單元接收太陽角度數(shù)據(jù)，并對該太陽角度數(shù)據(jù)進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算處理；所述驅(qū)動(dòng)電路將所述處理單元輸出的對應(yīng)全開碼、監(jiān)視碼和粗碼的數(shù)字信號進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大，并將驅(qū)動(dòng)放大后的數(shù)字信號傳送至所述二狀態(tài)量輸出單元；所述二狀態(tài)量輸出單元將該驅(qū)動(dòng)放大后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為兩種狀態(tài)量輸出至碼盤式太陽敏感器處理電路；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將所述處理單元輸出的對應(yīng)細(xì)分碼的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電壓模擬量信號，并將該電壓模擬量信號傳送至所述壓控電流源；所述壓控電流源將該電壓模擬量信號變換為電流模擬量信號輸出至碼盤式太陽敏感器處理電路。實(shí)施時(shí)，所述處理單元對該太陽角度數(shù)據(jù)進(jìn)行的浮點(diǎn)運(yùn)算處理如下設(shè)動(dòng)力學(xué)計(jì)算或者指令數(shù)據(jù)輸入的太陽角A為浮點(diǎn)數(shù)，單位為度；粗碼計(jì)算方法為D = int (A+64)；其中int ()表示向零取整，D為二進(jìn)制補(bǔ)碼表示；G(D) =D xor(D >>1)；其中xor表示按位進(jìn)行異或操作，>>表示右移；C[1...8] = (G(D) << 1)；其中G()為二進(jìn)制補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為格雷碼，C[l. .. 7]代表粗碼1到粗碼7共7路粗碼，C[8]無物理意義，<<表示左移；全開碼計(jì)算方法如果-64 < A < 64，則全開碼輸出1，否則輸出0 ；監(jiān)視碼計(jì)算方法如果-64彡A彡64，則監(jiān)視碼輸出1，否則輸出0 ；4路細(xì)分碼計(jì)算方法為T = A+64 ；B = T-int(T) + (int(T) % 2)；其中 ％表示取余數(shù)，比如 3% 2 = 1 ；B在W，2)，B的單位為度，0彡B < 2 ；Fl = -100μ A/256Xint{128X [1-cos (BXpi) ]}；F2 = -100 μ A/256 X int {128 X [1-cos (BXpi-pi/2) ]}；F3 = -100 μ A/256 X int {128 X [1-cos (BXpi-pi) ]}；F4 = -100 μ A/256 X int {128 X [1-cos (BXpi+pi/2) ]}；其中ρ i表示圓周率，F(xiàn)1、F2、F3、F4分別表示細(xì)分碼1、細(xì)分碼2、細(xì)分碼3、細(xì)分碼 4。實(shí)施時(shí)，所述通訊接口為RS232接口和/或CAN總線接口。實(shí)施時(shí)，所述通訊接口為RS232接口和CAN總線接口 ；如果RS232接口和CAN總線接口都有數(shù)據(jù)輸入，則只處理RS232接口接收的數(shù)據(jù)， 不處理CAN接口接收的數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的碼盤式太陽敏感器探頭模擬器能夠滿足碼盤式太陽敏感器處理電路測試要求，該電路設(shè)計(jì)簡單、安全可靠，滿足衛(wèi)星系統(tǒng)電測試的使用要求。


圖1是本發(fā)明所述的碼盤式太陽敏感器探頭模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述的碼盤式太陽敏感器探頭模擬器的一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是壓控電流源的電路圖；圖4是二狀態(tài)量輸出單元的電路圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明所述的碼盤式太陽敏感器探頭模擬器，包括處理單元11、通訊單元12、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路13、壓控電流源14、驅(qū)動(dòng)電路15和二狀態(tài)量輸出單元16，其中，所述通訊單元12與所述處理單元11連接；所述處理單元11的第一輸出端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路13輸入端連接；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路13的輸出端與所述壓控電流源14的輸入端連接；所述處理單元11的第二輸出端與所述驅(qū)動(dòng)電路15的輸入端連接；所述驅(qū)動(dòng)電路15的輸出端與所述二狀態(tài)量輸出單元16的輸出端連接。所述處理單元11可以為微處理器。所述通訊單元12可以為RS232接口和CAN接口，為本發(fā)明所述的碼盤式太陽敏感器探頭模擬器的輸入接口，可以與動(dòng)力學(xué)模型或者指令數(shù)據(jù)相連接，接收太陽角度數(shù)據(jù)。所述驅(qū)動(dòng)電路15將所述處理單元11輸出的對應(yīng)全開碼、監(jiān)視碼和粗碼的數(shù)字信號驅(qū)動(dòng)放大后經(jīng)過所述二狀態(tài)量輸出單元16轉(zhuǎn)換為兩種狀態(tài)量輸出，該兩種狀態(tài)量可以為0 μ A或者-100 μ A(粗碼、全開碼)、0 μ A或者-50 μ Α(監(jiān)視碼)。所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路13將所述處理單元11輸出的對應(yīng)細(xì)分碼的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電壓模擬量信號，經(jīng)過壓控電流源14變換為電流模擬量信號輸出。本發(fā)明所述的碼盤式太陽敏感器探頭模擬器通過所述通訊單元12接收輸入數(shù)據(jù) (太陽角度數(shù)據(jù))，并返回通信狀態(tài)信息，用以表明數(shù)據(jù)是否正確接收，所述處理單元14就將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算處理；4路細(xì)分碼生成電壓模擬量，經(jīng)過所述壓控電流源14 后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流模擬量輸出給碼盤式太陽敏感器處理電路；7路粗碼、1路全開碼和2 路監(jiān)視碼經(jīng)過所述處理單元11運(yùn)算后直接以數(shù)字量輸出，經(jīng)過所述驅(qū)動(dòng)電路15后，控制所述二狀態(tài)量輸出電路16將相應(yīng)的狀態(tài)量輸出給碼盤式太陽敏感器處理電路。所述處理單元11接收的數(shù)據(jù)為太陽角度數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可以來自動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也可以是指令數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的類型為4字節(jié)寬度的單精度浮點(diǎn)數(shù)。所述處理單元11進(jìn)行的浮點(diǎn)運(yùn)算如下設(shè)動(dòng)力學(xué)計(jì)算或者指令數(shù)據(jù)輸入的太陽角A為浮點(diǎn)數(shù)，單位度。粗碼計(jì)算方法為D = int (A+64)；其中int ()表示向零取整，D為二進(jìn)制補(bǔ)碼表示；G(D) =D xor(D >>1)；其中xor表示按位進(jìn)行異或操作，>>表示右移；C[1...8] = (G(D) << 1)；其中G()為二進(jìn)制補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為格雷碼，C[l. .. 7]代表粗碼1到粗碼7共7路粗碼，C[8]無物理意義，<<表示左移；全開碼計(jì)算方法如果-64 < A < 64，則全開碼輸出1，否則輸出0 ；監(jiān)視碼計(jì)算方法如果-64彡A彡64，則監(jiān)視碼輸出1，否則輸出0 ；4路細(xì)分碼計(jì)算方法為
T = A+64 ；B = T-int(T) + (int(T) % 2)；其中 ％表示取余數(shù)，比如 3% 2 = 1 ；B在W，2)，B的單位為度，0彡B < 2 ；Fl = -100μ A/256Xint{128X [1-cos (BXpi) ]}；F2 = -100 μ A/256 Xint {128 X [1-cos (BXpi-pi/2) ]}；F3 = -100 μ A/256 Xint {128 X [1-cos (BXpi-pi) ]}；F4 = -100 μ A/256 Xint {128 X [1-cos (BXpi+pi/2) ]}；其中ρ i表示圓周率，F(xiàn)1、F2、F3、F4分別表示細(xì)分碼1、細(xì)分碼2、細(xì)分碼3、細(xì)分碼 4，為探頭模擬器最終輸出的4路細(xì)分碼(電流模擬量輸出)。下面結(jié)合圖2具體說明本發(fā)明所述的碼盤式太陽敏感器探頭模擬器的一實(shí)施例。如圖2所示，本發(fā)明所述的碼盤式太陽敏感器探頭模擬器的一實(shí)施例包括微處理器21、RS232接口 22、CAN總線接口 23、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路對、壓控電流源25、驅(qū)動(dòng)電路沈和二狀態(tài)量輸出單元27。所述RS232接口 22、所述CAN總線接口 23分別與所述微處理器21連接；所述微處理器21的第一輸出端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器M的輸入端連接；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路M的輸出端與所述壓控電流源25的輸入端連接；所述微處理器21的第二輸出端與所述驅(qū)動(dòng)電路沈的輸入端連接；所述驅(qū)動(dòng)電路沈的輸出端與所述二狀態(tài)量輸出單元27的輸入端連接；所述微處理器21從所述RS232接口 22或者所述CAN總線接口 23接收外部輸入的數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算后分為兩部分?jǐn)?shù)字量輸出；第一部分?jǐn)?shù)字量輸出通過所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器M 后輸出到所述壓控電流源25，最終輸出0 -IOOuA的電流；第二部分?jǐn)?shù)字量輸出經(jīng)過所述驅(qū)動(dòng)電路26輸出到所述二狀態(tài)量輸出單元27，最終輸出OuA或者-50uA或者-IOOuA電流。所述微處理器21從所述RS232接口 22或者所述CAN總線接口 23接收外部輸入的數(shù)據(jù)，如果兩個(gè)接口都有數(shù)據(jù)輸入，則只處理RS232接口接收的數(shù)據(jù)，不處理CAN接口接收的數(shù)據(jù)。所述壓控電流源25將電壓量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流量數(shù)據(jù)，所述壓控電流源25的電路原理如圖3所示。在圖3中，Rs為采樣電阻，RL為負(fù)載電阻，輸出電壓Uo等于輸入電壓 Ui,當(dāng)采樣電阻Rs遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻RL時(shí)，輸出電流Io = Uo/(Rs+RL) = Ui/Rs。因此微處理器輸出的細(xì)分碼對應(yīng)的電壓為FuI = FIXRS;Fu2 = F2 X Rs ；Fu3 = F3 X Rs ；Fu4 = F4XRs。所述二狀態(tài)量輸出單元27的電路圖如圖4所示，光耦隔離器的輸出經(jīng)過上拉電阻R上拉后與穩(wěn)壓模塊的使能端相連，控制穩(wěn)壓模塊輸出，如果光耦隔離器輸入高電平，光耦隔離器輸出兩端導(dǎo)通，穩(wěn)壓模塊的使能端為低電平，穩(wěn)壓模塊使能低電平有效，穩(wěn)壓模塊輸出穩(wěn)定電壓，則在負(fù)載電阻RL兩端產(chǎn)生電流Ιο。如果光耦隔離器輸入低電平，光耦隔離器輸出兩端不導(dǎo)通，穩(wěn)壓模塊的使能端為高電平，穩(wěn)壓模塊輸出電壓為零，則在負(fù)載電阻RL 兩端不產(chǎn)生電流。
當(dāng)采樣電阻Rs遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻RL時(shí)，輸出電流Io = V/(Rs+RL) =V/Rs，其中V 為穩(wěn)壓模塊輸出電壓。對于7路粗碼以及1路全開碼如果微處理器輸出“ 1 ”，則二狀態(tài)量輸出-100 μ A電流，微處理器輸出“0”，則二狀態(tài)量輸出電流為0 μ A。對于2路監(jiān)視碼，如果微處理器輸出“ 1 ”，則二狀態(tài)量輸出_50uA電流，否則輸出電流為ΟμΑ。本發(fā)明的所有電流量輸出都是采用電壓源與負(fù)載電阻組成的閉環(huán)回路中串一個(gè)采樣電阻，且采樣電阻阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻，流過負(fù)載電阻的電流基本上與采樣電阻大小無關(guān)。這種設(shè)計(jì)方法與常用的電流源輸出相比，負(fù)載為零或者說不連接負(fù)載情況下，不會(huì)引起電路損壞，即該電路的安全性更高。以上說明對本發(fā)明而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解， 在不脫離以下所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改、變化或等效， 但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碼盤式太陽敏感器探頭模擬器，其特征在于，包括處理單元、通訊單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、壓控電流源、驅(qū)動(dòng)電路和二狀態(tài)量輸出單元，其中，所述通訊單元與所述處理單元連接；所述處理單元的第一輸出端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸入端連接； 所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端與所述壓控電流源的輸入端連接； 所述處理單元的第二輸出端與所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接； 所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與所述二狀態(tài)量輸出單元的輸出端連接； 所述處理單元接收太陽角度數(shù)據(jù)，并對該太陽角度數(shù)據(jù)進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算處理； 所述驅(qū)動(dòng)電路將所述處理單元輸出的對應(yīng)全開碼、監(jiān)視碼和粗碼的數(shù)字信號進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大，并將驅(qū)動(dòng)放大后的數(shù)字信號傳送至所述二狀態(tài)量輸出單元；所述二狀態(tài)量輸出單元將該驅(qū)動(dòng)放大后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為兩種狀態(tài)量輸出至碼盤式太陽敏感器處理電路；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將所述處理單元輸出的對應(yīng)細(xì)分碼的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電壓模擬量信號，并將該電壓模擬量信號傳送至所述壓控電流源；所述壓控電流源將該電壓模擬量信號變換為電流模擬量信號輸出至碼盤式太陽敏感器處理電路。
2.如權(quán)利要求1所述的碼盤式太陽敏感器探頭模擬器，其特征在于， 所述處理單元對該太陽角度數(shù)據(jù)進(jìn)行的浮點(diǎn)運(yùn)算處理如下 設(shè)動(dòng)力學(xué)計(jì)算或者指令數(shù)據(jù)輸入的太陽角A為浮點(diǎn)數(shù)，單位為度； 粗碼計(jì)算方法為D = int (A+64)；其中intO表示向零取整，D為二進(jìn)制補(bǔ)碼表示； G(D) =D xor(D >>1)；其中xor表示按位進(jìn)行異或操作，>>表示右移； C[1...8] = (G(D) << 1)；其中GO為二進(jìn)制補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為格雷碼，C[l... 7]代表粗碼 1到粗碼7共7路粗碼，C[8]無物理意義，<<表示左移；全開碼計(jì)算方法如果-64 < A < 64，則全開碼輸出1，否則輸出0 ； 監(jiān)視碼計(jì)算方法如果-64 < A < 64，則監(jiān)視碼輸出1，否則輸出0 ； 4路細(xì)分碼計(jì)算方法為 T = A+64 ；B = T-int(T) + (int(T) % 2)；其中 ％表示取余數(shù)，比如 3% 2 = 1 ；B在W，2)，B的單位為度，0 < 2 ；Fl = -100μ A/256Xint{128X [1-cos (BXpi) ]}；F2 = -100 μ A/256 X int {128 X [1-cos (BXpi-pi/2) ]}；F3 = -100 μ A/256X int {128X [1-cos (BXpi-pi) ]}；F4 = -100 μ A/256X int {128X [1-cos (BXpi+pi/2) ]}；其中Pi表示圓周率，F(xiàn)1、F2、F3、F4分別表示細(xì)分碼1、細(xì)分碼2、細(xì)分碼3、細(xì)分碼4。
3.如權(quán)利要求1或2所述的碼盤式太陽敏感器探頭模擬器，其特征在于，所述通訊接口為RS232接口和CAN總線接口。如果RS232接口和CAN總線接口都有數(shù)據(jù)輸入，則只處理RS232接口接收的數(shù)據(jù)，不處理CAN接口接收的數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的碼盤式太陽敏感器探頭模擬器，其特征在于，所述二狀態(tài)量輸出單元采用光電耦合器輸出控制為負(fù)載電阻供電的穩(wěn)壓模塊的使能端，所述二狀態(tài)量輸出單元輸出O μ A或者-100 μ Α、0 μ A或者-50 μ A電流模擬量。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種碼盤式太陽敏感器探頭模擬器，包括處理單元、通訊單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、壓控電流源、驅(qū)動(dòng)電路和二狀態(tài)量輸出單元，其中，所述通訊單元與所述處理單元連接；所述處理單元的第一輸出端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸入端連接；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端與所述壓控電流源的輸入端連接；所述處理單元的第二輸出端與所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接；所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與所述二狀態(tài)量輸出單元的輸出端連接。本發(fā)明所述的碼盤式太陽敏感器探頭模擬器能夠滿足碼盤式太陽敏感器處理電路測試要求，該電路設(shè)計(jì)簡單、安全可靠，滿足衛(wèi)星系統(tǒng)電測試的使用要求。
文檔編號G01C25/00GK102175265SQ20111003591
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月11日
發(fā)明者張迎春, 李東柏, 李化義, 耿云海 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)