专利名称：深空探测中探测器的唤醒控制系统和唤醒控制方法
技术领域：
本发明涉及一种深空探测领域中航天电源控制技术，具体涉及一种深空探测中探测器的唤醒控制系统和唤醒控制方法。
背景技术：
深空探测是当今世界科技发展的前沿领域，具有很强的基础性、前瞻性、创新性和带动性。人类的航天活动一般可分为地球应用卫星、载人航天和深空探测三大领域，开展深空探测活动，是航天技术发展的必然选择，也是人类进一步了解宇宙、认识太阳系、探索地球与生命的起源和演化、获取更多科学认识的必须手段。深空探测主要有两方面内容，一是太阳系行星探测(近太阳以及远离太阳)，二是天文观察。探测器电源系统绝大部分采用太阳电池阵-蓄电池组电源系统，探测器电源系统的主要任务是提供探测器上负载的全部电源。在光照期，太阳电池阵除提供探测器上设备所需全部能源外，并给化学蓄电池组充电。在阴影期，太阳电池阵不供电，由化学蓄电池组提供探测器上设备所需全部电源。一般化学蓄电池组只能提供几个小时的能源，最长也只能维持几天的能源，而深空探测工程中阴影期较长，如探月工程月夜有14天，其它探测器阴影期会长达数月，因此深空探测长时间阴影期仅靠探测器蓄电池组不足以维持探测器平台最小功率需求，探测器在长时间阴影期期间必须安全可靠的关闭所有设备，进入休眠；光照来临后，逐步将平台负载可靠安全的加电。目前，我国已开展深空探测领域的勘测任务，唤醒技术在深空探测领域的应用属于首次。
发明内容
本发明提供一种深空探测中探测器的唤醒控制系统和唤醒控制方法，构建结构简单，易于工程实现，能在探测器休眠状态结束后自主唤醒探测器。为实现上述目的，本发明提供一种深空探测中探测器的唤醒控制系统，该探测器的主电路包含分别与母线电路连接的太阳阵、分流模块、放电模块、蓄电池组、电容阵和二次电源，该主电路还包含一次母线开关、蓄电池组放电开关；
其特点是，上述的唤醒控制系统电路连接主电路和母线，该唤醒控制系统包含
串联连接的唤醒负载开关和唤醒负载，该唤醒控制开关和唤醒负载还电路连接母线；唤醒负载将上述太阳阵输出的电流信号转换为电压信号；
串联连接的唤醒使能开关、二次电源唤醒控制电路和二次电源开关，该唤醒使能开关、二次电源唤醒控制电路和二次电源开关还电路连接母线；上述二次电源唤醒控制电路检测唤醒负载转换获得的电压信号，并输出唤醒控制信号至上述二次电源开关，控制二次电源开关的通断；以及，
蓄电池组及一次母线唤醒控制电路，其接收上述二次电源的输出电压，并根据二次电源的输出电压触发，分别输出唤醒控制信号至上述蓄电池组放电开关和一次母线开关，以控制蓄电池组放电开关和一次母线开关的通断。上述的二次电源唤醒控制电路包含电路连接的电压检测电路和二次电源开关继电器线包驱动电路；上述电压检测电路中设定唤醒限值，并检测唤醒负载转换输出的电压信号，当电压信号达到唤醒限值，触发二次电源开关继电器线包驱动电路输出高电平信号使二次电源开关接通。上述的蓄电池组及一次母线唤醒控制电路包含电路连接的脉冲发生电路和继电器驱动电路；上述脉冲发生电路接收二次电源输出，当二次电源输出电压提高，脉冲发生电路输出上升沿触发信号，触发上述继电器驱动电路输出唤醒控制信号控制蓄电池组放电开关和一次母线开关接通。上述蓄电池组及一次母线唤醒控制电路输出200ms的唤醒控制信号。当上述二次电源开关接通，上述二次电源输出±12V电压。一种如上述的深空探测中探测器的唤醒控制系统的唤醒控制方法，其特点是，该方法包含以下步骤
步骤1、探测器出阴影时，其太阳阵输出电流由零逐渐增大，太阳阵的输出电流全部通过唤醒负载；
步骤2、唤醒负载将太阳阵输出电流转换为电压信号并逐渐增大；
步骤3、电压检测电路中设置唤醒限值并检测唤醒负载的电压信号，，当检测到唤醒负载的电压信号达到唤醒限值，触发二次电源开关继电器线包驱动电路输出高电平信号使二次电源开关接通；
步骤4、二次电源开关接通使二次电源加电，提高二次电源输出电压；
步骤5、二次电源输出电压提高使脉冲发生电路输出上升沿触发信号，使蓄电池组及一次母线唤醒控制电路输出唤醒控制信号控制蓄电池组放电开关和一次母线开关接通；
步骤6、蓄电池组放电开关和一次母线开关接通，使主电路对探测器加电，整器被唤醒完成，遥控上行即遥测下行建立。步骤7、探测器自主唤醒后断开唤醒使能开关，探测器唤醒禁止。上述步骤5中，上述蓄电池组及一次母线唤醒控制电路输出200ms的唤醒控制信号。上述步骤4中，当上述二次电源开关接通，上述二次电源加电，输出±12V电压。本发明深空探测中探测器的唤醒控制系统和唤醒控制方法，和现有技术中深空探测中航天电源控制技术相比，其优点在于，本发明构建结构简单，易于工程实现，在深空探测领域，为采用太阳电池阵一蓄电池组供电的探测器提供了一种有效的唤醒控制技术；
1)本发明的唤醒控制系统和控制方法保证了探测器安全渡过长时间阴影期后，能够自主唤醒探测器开展探测任务，有效提高探测器的可靠性和工作寿命；
2)本发明中唤醒负载RO的设计将太阳阵的电流信号转换为电压信号，为二次电源唤醒电路提供了唤醒信号，根据唤醒时刻需要的太阳阵输出功率设计参数。同时唤醒时刻温度较低，太阳阵输出电压较高，由于太阳阵母线上接入唤醒负载，保证了唤醒时刻的母线不会过压，防止高电压对母线的冲击；
3 )本发明中二次电源唤醒控制电路能够自主接通电源控制器的二次电源，二次电源接通后，电源控制器即可工作，输出稳定的母线电压，保证了用电设备的安全唤醒； 4)本发明中蓄电池组及一次母线唤醒控制电路能够自主接通蓄电池组放电开关和一次母线开关，使蓄电池组放电通路建立，保证了唤醒后能够满足负载的能量需求，同时探测器加电，整器已被唤醒，遥控上行及遥测下行建立。
图1为本发明深空探测中探测器的唤醒控制系统休眠时的电路 图2为本发明深空探测中探测器的唤醒控制系统唤醒后的电路 图3为本发明深空探测中探测器的唤醒控制系统的二次电源唤醒控制电路的电路图；图4为本发明深空探测中探测器的唤醒控制系统的蓄电池组及一次母线唤醒控制电路的电路图。
具体实施例方式以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。如图1并结合图2所示，深空探测的探测器中设有主电路和母线。主电路包含分别与母线电路连接的太阳阵11、分流模块22、放电模块33、蓄电池组44、电容阵55和二次电源66，该主电路还包含电路连接在母线上的一次母线开关KO、电路连接在放电模块33与蓄电池组44之间的蓄电池组放电开关Kl。本发明公开的深空探测中探测器的唤醒控制系统电路连接主电路和母线，该唤醒控制系统包含唤醒负载开关K2-2、唤醒负载R0、唤醒使能开关KW、二次电源唤醒控制电路101和蓄电池组及一次母线唤醒控制电路102，以及电路连接在母线与二次电源66之间的二次电源开关K2-1。唤醒负载开关K2-2和唤醒负载RO串联连接，并电路连接至母线。在探测器休眠时，唤醒负载开关K2-2保持连通，为唤醒做准备；当探测器唤醒后，唤醒负载开关K2-2断开，为休眠做准备。在探测器出阴影时，太阳阵11输出电流由零逐渐增大，并全部通过唤醒负载R0，唤醒负载RO用于将太阳阵11输出的电流信号转换为电压信号，并作为唤醒信号传输至二次电源唤醒控制电路101。该唤醒负载RO的参数根据探测器唤醒后所需的功率以及二次电源唤醒控制电路101的相关参数确定。唤醒使能开关KW和二次电源唤醒控制电路101串联连接，该唤醒使能开关KW和二次电源唤醒控制电路101还电路连接至母线。二次电源唤醒控制电路101检测唤醒负载RO转换获得的电压信号，根据该电压信号控制二次电源开关K2-1的通断。当电压信号达到二次电源唤醒控制电路101中的唤醒限值，二次电源唤醒控制电路101即输出唤醒控制信号至二次电源开关K2-1，二次电源开关K2-1导通。在探测器唤醒前，应确保唤醒使能开关KW处于闭合状态，即唤醒使能。蓄电池组及一次母线唤醒控制电路102输入端电路连接二次电源66，输出端分别电路连接一次母线开关KO和蓄电池组放电开关Kl，蓄电池组及一次母线唤醒控制电路102根据二次电源66的输出电压，控制蓄电池组放电开关Kl和一次母线开关KO的通断。当二次电源开关K2-1闭合导通，二次电源66加电，其输出由OV变为12V即产生上升沿触发信号，输出200ms的唤醒控制信号至蓄电池组放电开关Kl和一次母线开关K0，控制蓄电池组放电开关Kl和一次母线开关KO导通，即实现主电路对探测器的供电，实现整器唤醒。如图3所示，二次电源唤醒控制电路101包含电路连接的电压检测电路1011和二次电源开关继电器线包驱动电路1012。电压检测电路1011包含稳压管Wl、稳压管W2、稳压管W3、稳压管W4和限流电阻R1、限流电阻R2、限流电阻R3、限流电阻R4，根据唤醒时刻的电压值选择器件参数，由器件参数设定唤醒限值。二次电源开关继电器线包驱动电路1012包含三极管Qa、Qb、Qc、Qd，每个三极管基极都电路连接有电阻。电压检测电路1011检测唤醒负载RO转换输出的电压信号，当电压信号达到唤醒限值，触发二次电源开关继电器线包驱动电路1012输出高电平信号使二次电源开关K2-1接通。当二次电源开关K2-1接通后，二次电源66加电，输出±12V电压。如图4所示，蓄电池组及一次母线唤醒控制电路102包含电路连接的脉冲发生电路1021和继电器驱动电路1022。继电器驱动电路1022中包含有三极管Qll, Q21，Q31，Q41，Ql, Q2，Q3，Q4。本实施例中并联连接有若干个脉冲发生电路1021，该脉冲发生电路1021由双稳态触发芯片及其外围电路组成，用于根据脉冲持续时间设置外围电路参数，其接收二次电源66输出，脉冲发生电路1021在二次电源66输出由OV变到12V时产生上升沿触发信号，输出200ms的控制信号由继电器驱动电路1022控制接通蓄电池组放电开关Kl和一次母线开关KO (该蓄电池组放电开关Kl和一次母线开关KO在休眠时保持打开)。本发明还公开了一种深空探测中探测器的唤醒控制系统的唤醒控制方法，该方法包含以下步骤
步骤1、探测器出阴影(月夜)时，探测器太阳翼工作，太阳阵11输出电流由零逐渐增大，太阳阵11的输出电流全部经由母线通过唤醒负载R0。步骤2、唤醒负载RO将太阳阵11输出电流转换为电压信号，唤醒负载RO两端电压(即母线电压)逐渐增大。步骤3、二次电源唤醒控制电路101的电压检测电路1011中设置有唤醒限值，并检测唤醒负载RO的电压信号，当检测到唤醒负载RO的电压信号达到唤醒限值，即触发二次电源唤醒控制电路101的二次电源开关继电器线包驱动电路1012输出高电平信号使二次电源开关K2-1接通。步骤4、二次电源开关K2-1接通，使二次电源66加电，二次电源66输出电压提高，输出土 12V电压。步骤5、二次电源66输出电压提高，由OV提高至12V，使蓄电池组及一次母线唤醒控制电路102中脉冲发生电路1021输出上升沿触发信号，蓄电池组及一次母线唤醒控制电路102即输出200ms的唤醒控制信号控制蓄电池组放电开关Kl和一次母线开关KO接通。步骤6、蓄电池组放电开关Kl和一次母线开关KO接通，使主电路对探测器加电，整器被唤醒完成，遥控上行即遥测下行建立。步骤7、探测器自主唤醒后断开唤醒使能开关KW，探测器唤醒禁止。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种深空探测中探测器的唤醒控制系统，该探测器的主电路包含分别与母线电路连接的太阳阵(11)、分流模块(22 )、放电模块(33 )、蓄电池组(44 )、电容阵(55 )和二次电源(66)，该主电路还包含一次母线开关(K0)、蓄电池组放电开关(Kl)； 其特征在于，所述的唤醒控制系统电路连接主电路和母线，该唤醒控制系统包含 串联连接的唤醒负载开关(K2-2)和唤醒负载(R0)，该唤醒控制开关(K2-2)和唤醒负载(RO)还电路连接所述母线；唤醒负载(RO)将所述太阳阵(11)输出的电流信号转换为电压信号； 串联连接的唤醒使能开关(KW)、二次电源唤醒控制电路(101)和二次电源开关(K2-1)，该唤醒使能开关(KW)、二次电源唤醒控制电路(101)和二次电源开关(K2-1)还电路连接所述母线；所述二次电源唤醒控制电路(101)检测唤醒负载(RO)转换获得的电压信号，并输出唤醒控制信号至所述二次电源开关(K2-1)，控制二次电源开关(K2-1)的通断； 蓄电池组及一次母线唤醒控制电路(102)，其接收所述二次电源(66)的输出电压，并根据二次电源(66)的输出电压触发，分别输出唤醒控制信号至所述蓄电池组放电开关(Kl)和一次母线开关(K0)，以控制蓄电池组放电开关(Kl)和一次母线开关(KO)的通断。
2.如权利要求1所述的深空探测中探测器的唤醒控制系统，其特征在于，所述的二次电源唤醒控制电路(101)包含电路连接的电压检测电路(1011)和二次电源开关继电器线包驱动电路(1012);所述电压检测电路(1011)中设定唤醒限值，并检测唤醒负载(RO)转换输出的电压信号，当电压信号达到唤醒限值，触发二次电源开关继电器线包驱动电路(1012)输出高电平信号使所述二次电源开关(K2-1)接通。
3.如权利要求1所述的深空探测中探测器的唤醒控制系统，其特征在于，所述的蓄电池组及一次母线唤醒控制电路(102)包含电路连接的脉冲发生电路(1021)和继电器驱动电路(1022);所述脉冲发生电路(1021)接收二次电源(66)输出，当二次电源(66)输出电压提高，脉冲发生电路(1021)输出上升沿触发信号，触发所述继电器驱动电路(1022)输出唤醒控制信号控制蓄电池组放电开关(Kl)和一次母线开关(KO)接通。
4.如权利要求1所述的深空探测中探测器的唤醒控制系统，其特征在于，所述蓄电池组及一次母线唤醒控制电路(102)输出200ms的唤醒控制信号。
5.如权利要求1所述的深空探测中探测器的唤醒控制系统，其特征在于，当所述二次电源开关(K2-1)接通，所述二次电源(66)输出±12V电压。
6.一种如权利要求1至权利要求5中任意一项权利要求所述的深空探测中探测器的唤醒控制系统的唤醒控制方法，其特征在于，该方法包含以下步骤 步骤1、探测器出阴影时，其太阳阵(11)输出电流由零逐渐增大，太阳阵(11)的输出电流全部通过唤醒负载(RO)； 步骤2、唤醒负载(RO)将太阳阵(11)输出电流转换为电压信号并逐渐增大； 步骤3、电压检测电路(1011)中设置唤醒限值，并检测唤醒负载(RO)的电压信号，当检测到唤醒负载(RO)的电压信号达到唤醒限值，触发二次电源开关继电器线包驱动电路(1012)输出高电平信号使二次电源开关(K2-1)接通； 步骤4、二次电源开关(K2-1)接通使二次电源(66)加电，提高二次电源(66)输出电压； 步骤5、二次电源(66)输出电压提高使脉冲发生电路(1021)输出上升沿触发信号，使蓄电池组及一次母线唤醒控制电路(102)输出唤醒控制信号控制蓄电池组放电开关(Kl)和一次母线开关(KO)接通； 步骤6、蓄电池组放电开关(Kl)和一次母线开关(KO)接通，使主电路对探测器加电，整器被唤醒完成，遥控上行即遥测下行建立； 步骤7、探测器自主唤醒后断开唤醒使能开关(KW)，探测器唤醒禁止。
7.如权利要求6所述的深空探测中探测器的唤醒控制系统的唤醒控制方法，其特征在于，所述步骤5中，蓄电池组及一次母线唤醒控制电路(102 )的输出200ms的唤醒控制信号。
8.如权利要求6所述的深空探测中探测器的唤醒控制系统的唤醒控制方法，其特征在于，所述步骤4中，当所述二次电源开关(K2-1)接通，所述二次电源(66)加电，输出±12V电压。
全文摘要
本发明公开一种深空探测中探测器的唤醒控制系统，其包含串联连接的唤醒负载开关和唤醒负载，唤醒控制开关和唤醒负载还电路连接母线；唤醒负载将太阳阵输出的电流信号转换为电压信号；串联连接的唤醒使能开关、二次电源唤醒控制电路和二次电源开关，唤醒使能开关、二次电源唤醒控制和二次电源开关电路还电路连接母线；二次电源唤醒控制电路检测唤醒负载转换的电压信号，控制二次电源开关的通断；蓄电池组及一次母线唤醒控制电路，其根据二次电源输出电压，控制蓄电池组放电开关和一次母线开关的通断。本发明构建结构简单，易于工程实现，在深空探测领域，为采用太阳电池阵—蓄电池组供电的探测器提供了一种有效的唤醒控制技术。
文档编号H02J7/00GK103036289SQ20121052661
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者金波, 刘勇, 刘 东, 许峰, 瞿诗霞, 钱斌 申请人:上海空间电源研究所