专利名称：一种码盘式太阳敏感器探头模拟器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟器，尤其涉及一种码盘式太阳敏感器探头模拟器。
背景技术：
卫星电性能测试过程包括部件测试、分系统测试和整星测试，在各阶段测试过程中，需要一些辅助的设备或者装置，用于模拟真实的星上设备，以达到部件、分系统或者整星电性能测试的目的，这些模拟真实设备的辅助设备或者装置称为模拟器。模拟器主要模拟真实星上设备电接口的输入输出信号特性、通信协议、部件特性等。太阳敏感器是星上常用设备，通过敏感太阳光确定测量装置与太阳线光夹角，从而用于卫星姿态测量与确定；太阳敏感器包括探头和处理电路两部分。码盘式太阳敏感器是一种数字式太阳敏感器，其探头主要是平面平行的棱镜玻璃，该棱镜玻璃上下表面先镀不透光的金属膜，然后在该棱镜玻璃上表面光刻出一条透光的窄缝，在该棱镜玻璃下表面光课程透明和不透明间隔的格雷码图案，并在该格雷码图案上的每条码道上紧贴硅光电池。太阳光由入缝射入，经过玻璃折射后在码盘图案上形成一个窄的光带，即太阳像。该太阳像落在某码道的透明区时，相应的码道硅光电池就产生一个光电信号，该光电信号经过处理电路处理成“1”；如果该太阳像落在某码道的非透明区，则相应的码道硅光电池产生的光电信号经过处理电路处理成“0”;利用一系列“0” “1”不同排列位置的格雷码即可测量出太阳的姿态角。码盘式太阳敏感式太阳敏感器探头输出信号包括7路粗码(格雷码形式)、4路细分码、1路全开码、2路监视码，其中细分码为-100μΑ-0Α 电流，其他信号为二状态量(0 μ A或者-100 μ Α，0 μ A或者-50 μ Α)。码盘式太阳敏感器探头模拟器用于检测码盘式太阳敏感器的处理电路，其原理是接收指令(太阳角数据)输入替代太阳光输入，并按协议要求转换成与真实探头相一致的输出信号，并将该输出信号发送给码盘式太阳敏感器的处理电路。码盘式太阳敏感器探头模拟器用于对太阳敏感器进行检测，部件测试时要求对测量范围内多个特征点进行测试， 比如需要探头精确给出37.5°，采用实际的探头照射太阳光很难精确给出。卫星进行闭环模飞测试时，模拟卫星在一个或者多个轨道周期内卫星的姿态与轨道运动，此时太阳角是实时变化的，实际的探头在地面测试时无法给出与卫星姿态相应的实时变化的太阳角，在这种情况下，需要采用码盘式太阳敏感器探头模拟器替代真实的太阳敏感器抬头进行卫星测试。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种码盘式太阳敏感器探头模拟器，以满足码盘式个敏感器处理电路测试要求。为了达到上述目的，本发明提供了一种码盘式太阳敏感器探头模拟器，包括处理单元、通讯单元、数模转换电路、压控电流源、驱动电路和二状态量输出单元，其中，所述通讯单元与所述处理单元连接；
所述处理单元的第一输出端与所述数模转换电路输入端连接；所述数模转换电路的输出端与所述压控电流源的输入端连接；所述处理单元的第二输出端与所述驱动电路的输入端连接；所述驱动电路的输出端与所述二状态量输出单元的输出端连接；所述处理单元接收太阳角度数据，并对该太阳角度数据进行浮点运算处理；所述驱动电路将所述处理单元输出的对应全开码、监视码和粗码的数字信号进行驱动放大，并将驱动放大后的数字信号传送至所述二状态量输出单元；所述二状态量输出单元将该驱动放大后的数字信号转换为两种状态量输出至码盘式太阳敏感器处理电路；所述数模转换电路将所述处理单元输出的对应细分码的数字信号转换为电压模拟量信号，并将该电压模拟量信号传送至所述压控电流源；所述压控电流源将该电压模拟量信号变换为电流模拟量信号输出至码盘式太阳敏感器处理电路。实施时，所述处理单元对该太阳角度数据进行的浮点运算处理如下设动力学计算或者指令数据输入的太阳角A为浮点数，单位为度；粗码计算方法为D = int (A+64)；其中int ()表示向零取整，D为二进制补码表示；G(D) =D xor(D >>1)；其中xor表示按位进行异或操作，>>表示右移；C[1...8] = (G(D) << 1)；其中G()为二进制补码转换为格雷码，C[l. .. 7]代表粗码1到粗码7共7路粗码，C[8]无物理意义，<<表示左移；全开码计算方法如果-64 < A < 64，则全开码输出1，否则输出0 ；监视码计算方法如果-64彡A彡64，则监视码输出1，否则输出0 ；4路细分码计算方法为T = A+64 ；B = T-int(T) + (int(T) % 2)；其中 ％表示取余数，比如 3% 2 = 1 ；B在W，2)，B的单位为度，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表示圆周率，F1、F2、F3、F4分别表示细分码1、细分码2、细分码3、细分码 4。实施时，所述通讯接口为RS232接口和/或CAN总线接口。实施时，所述通讯接口为RS232接口和CAN总线接口 ；如果RS232接口和CAN总线接口都有数据输入，则只处理RS232接口接收的数据， 不处理CAN接口接收的数据。与现有技术相比，本发明所述的码盘式太阳敏感器探头模拟器能够满足码盘式太阳敏感器处理电路测试要求，该电路设计简单、安全可靠，满足卫星系统电测试的使用要求。
图1是本发明所述的码盘式太阳敏感器探头模拟器的结构示意图；图2是本发明所述的码盘式太阳敏感器探头模拟器的一实施例结构示意图；图3是压控电流源的电路图；图4是二状态量输出单元的电路图。
具体实施例方式如图1所示，本发明所述的码盘式太阳敏感器探头模拟器，包括处理单元11、通讯单元12、数模转换电路13、压控电流源14、驱动电路15和二状态量输出单元16，其中，所述通讯单元12与所述处理单元11连接；所述处理单元11的第一输出端与所述数模转换电路13输入端连接；所述数模转换电路13的输出端与所述压控电流源14的输入端连接；所述处理单元11的第二输出端与所述驱动电路15的输入端连接；所述驱动电路15的输出端与所述二状态量输出单元16的输出端连接。所述处理单元11可以为微处理器。所述通讯单元12可以为RS232接口和CAN接口，为本发明所述的码盘式太阳敏感器探头模拟器的输入接口，可以与动力学模型或者指令数据相连接，接收太阳角度数据。所述驱动电路15将所述处理单元11输出的对应全开码、监视码和粗码的数字信号驱动放大后经过所述二状态量输出单元16转换为两种状态量输出，该两种状态量可以为0 μ A或者-100 μ A(粗码、全开码)、0 μ A或者-50 μ Α(监视码)。所述数模转换电路13将所述处理单元11输出的对应细分码的数字信号转换为电压模拟量信号，经过压控电流源14变换为电流模拟量信号输出。本发明所述的码盘式太阳敏感器探头模拟器通过所述通讯单元12接收输入数据 (太阳角度数据)，并返回通信状态信息，用以表明数据是否正确接收，所述处理单元14就将接收到的数据进行浮点运算处理；4路细分码生成电压模拟量，经过所述压控电流源14 后转换成相应的电流模拟量输出给码盘式太阳敏感器处理电路；7路粗码、1路全开码和2 路监视码经过所述处理单元11运算后直接以数字量输出，经过所述驱动电路15后，控制所述二状态量输出电路16将相应的状态量输出给码盘式太阳敏感器处理电路。所述处理单元11接收的数据为太阳角度数据，该数据可以来自动力学模型的实时数据，也可以是指令数据，该数据的类型为4字节宽度的单精度浮点数。所述处理单元11进行的浮点运算如下设动力学计算或者指令数据输入的太阳角A为浮点数，单位度。粗码计算方法为D = int (A+64)；其中int ()表示向零取整，D为二进制补码表示；G(D) =D xor(D >>1)；其中xor表示按位进行异或操作，>>表示右移；C[1...8] = (G(D) << 1)；其中G()为二进制补码转换为格雷码，C[l. .. 7]代表粗码1到粗码7共7路粗码，C[8]无物理意义，<<表示左移；全开码计算方法如果-64 < A < 64，则全开码输出1，否则输出0 ；监视码计算方法如果-64彡A彡64，则监视码输出1，否则输出0 ；4路细分码计算方法为
T = A+64 ；B = T-int(T) + (int(T) % 2)；其中 ％表示取余数，比如 3% 2 = 1 ；B在W，2)，B的单位为度，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表示圆周率，F1、F2、F3、F4分别表示细分码1、细分码2、细分码3、细分码 4，为探头模拟器最终输出的4路细分码(电流模拟量输出)。下面结合图2具体说明本发明所述的码盘式太阳敏感器探头模拟器的一实施例。如图2所示，本发明所述的码盘式太阳敏感器探头模拟器的一实施例包括微处理器21、RS232接口 22、CAN总线接口 23、数模转换电路对、压控电流源25、驱动电路沈和二状态量输出单元27。所述RS232接口 22、所述CAN总线接口 23分别与所述微处理器21连接；所述微处理器21的第一输出端与所述数模转换器M的输入端连接；所述数模转换电路M的输出端与所述压控电流源25的输入端连接；所述微处理器21的第二输出端与所述驱动电路沈的输入端连接；所述驱动电路沈的输出端与所述二状态量输出单元27的输入端连接；所述微处理器21从所述RS232接口 22或者所述CAN总线接口 23接收外部输入的数据，经过计算后分为两部分数字量输出；第一部分数字量输出通过所述数模转换器M 后输出到所述压控电流源25，最终输出0 -IOOuA的电流；第二部分数字量输出经过所述驱动电路26输出到所述二状态量输出单元27，最终输出OuA或者-50uA或者-IOOuA电流。所述微处理器21从所述RS232接口 22或者所述CAN总线接口 23接收外部输入的数据，如果两个接口都有数据输入，则只处理RS232接口接收的数据，不处理CAN接口接收的数据。所述压控电流源25将电压量转换为相应的电流量数据，所述压控电流源25的电路原理如图3所示。在图3中，Rs为采样电阻，RL为负载电阻，输出电压Uo等于输入电压 Ui,当采样电阻Rs远大于负载电阻RL时，输出电流Io = Uo/(Rs+RL) = Ui/Rs。因此微处理器输出的细分码对应的电压为FuI = FIXRS;Fu2 = F2 X Rs ；Fu3 = F3 X Rs ；Fu4 = F4XRs。所述二状态量输出单元27的电路图如图4所示，光耦隔离器的输出经过上拉电阻R上拉后与稳压模块的使能端相连，控制稳压模块输出，如果光耦隔离器输入高电平，光耦隔离器输出两端导通，稳压模块的使能端为低电平，稳压模块使能低电平有效，稳压模块输出稳定电压，则在负载电阻RL两端产生电流Ιο。如果光耦隔离器输入低电平，光耦隔离器输出两端不导通，稳压模块的使能端为高电平，稳压模块输出电压为零，则在负载电阻RL 两端不产生电流。
当采样电阻Rs远大于负载电阻RL时，输出电流Io = V/(Rs+RL) =V/Rs，其中V 为稳压模块输出电压。对于7路粗码以及1路全开码如果微处理器输出“ 1 ”，则二状态量输出-100 μ A电流，微处理器输出“0”，则二状态量输出电流为0 μ A。对于2路监视码，如果微处理器输出“ 1 ”，则二状态量输出_50uA电流，否则输出电流为ΟμΑ。本发明的所有电流量输出都是采用电压源与负载电阻组成的闭环回路中串一个采样电阻，且采样电阻阻值远远大于负载电阻，流过负载电阻的电流基本上与采样电阻大小无关。这种设计方法与常用的电流源输出相比，负载为零或者说不连接负载情况下，不会引起电路损坏，即该电路的安全性更高。以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解， 在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效， 但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种码盘式太阳敏感器探头模拟器，其特征在于，包括处理单元、通讯单元、数模转换电路、压控电流源、驱动电路和二状态量输出单元，其中，所述通讯单元与所述处理单元连接；所述处理单元的第一输出端与所述数模转换电路输入端连接； 所述数模转换电路的输出端与所述压控电流源的输入端连接； 所述处理单元的第二输出端与所述驱动电路的输入端连接； 所述驱动电路的输出端与所述二状态量输出单元的输出端连接； 所述处理单元接收太阳角度数据，并对该太阳角度数据进行浮点运算处理； 所述驱动电路将所述处理单元输出的对应全开码、监视码和粗码的数字信号进行驱动放大，并将驱动放大后的数字信号传送至所述二状态量输出单元；所述二状态量输出单元将该驱动放大后的数字信号转换为两种状态量输出至码盘式太阳敏感器处理电路；所述数模转换电路将所述处理单元输出的对应细分码的数字信号转换为电压模拟量信号，并将该电压模拟量信号传送至所述压控电流源；所述压控电流源将该电压模拟量信号变换为电流模拟量信号输出至码盘式太阳敏感器处理电路。
2.如权利要求1所述的码盘式太阳敏感器探头模拟器，其特征在于， 所述处理单元对该太阳角度数据进行的浮点运算处理如下 设动力学计算或者指令数据输入的太阳角A为浮点数，单位为度； 粗码计算方法为D = int (A+64)；其中intO表示向零取整，D为二进制补码表示； G(D) =D xor(D >>1)；其中xor表示按位进行异或操作，>>表示右移； C[1...8] = (G(D) << 1)；其中GO为二进制补码转换为格雷码，C[l... 7]代表粗码 1到粗码7共7路粗码，C[8]无物理意义，<<表示左移；全开码计算方法如果-64 < A < 64，则全开码输出1，否则输出0 ； 监视码计算方法如果-64 < A < 64，则监视码输出1，否则输出0 ； 4路细分码计算方法为 T = A+64 ；B = T-int(T) + (int(T) % 2)；其中 ％表示取余数，比如 3% 2 = 1 ；B在W，2)，B的单位为度，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表示圆周率，F1、F2、F3、F4分别表示细分码1、细分码2、细分码3、细分码4。
3.如权利要求1或2所述的码盘式太阳敏感器探头模拟器，其特征在于，所述通讯接口为RS232接口和CAN总线接口。如果RS232接口和CAN总线接口都有数据输入，则只处理RS232接口接收的数据，不处理CAN接口接收的数据。
4.如权利要求1或2所述的码盘式太阳敏感器探头模拟器，其特征在于，所述二状态量输出单元采用光电耦合器输出控制为负载电阻供电的稳压模块的使能端，所述二状态量输出单元输出O μ A或者-100 μ Α、0 μ A或者-50 μ A电流模拟量。
全文摘要
本发明提供了一种码盘式太阳敏感器探头模拟器，包括处理单元、通讯单元、数模转换电路、压控电流源、驱动电路和二状态量输出单元，其中，所述通讯单元与所述处理单元连接；所述处理单元的第一输出端与所述数模转换电路输入端连接；所述数模转换电路的输出端与所述压控电流源的输入端连接；所述处理单元的第二输出端与所述驱动电路的输入端连接；所述驱动电路的输出端与所述二状态量输出单元的输出端连接。本发明所述的码盘式太阳敏感器探头模拟器能够满足码盘式太阳敏感器处理电路测试要求，该电路设计简单、安全可靠，满足卫星系统电测试的使用要求。
文档编号G01C25/00GK102175265SQ20111003591
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月11日 优先权日2011年2月11日
发明者张迎春, 李东柏, 李化义, 耿云海 申请人:哈尔滨工业大学