一种卫星控制系统小型模块化测试设备的制作方法

本实用新型涉及适用于航天器地面测试领域，具体涉及卫星地面测试过程中的地面测试设备，特别是一种卫星控制系统小型模块化测试设备。

背景技术：

卫星控制系统完成卫星在轨道上的姿态和轨道控制，由敏感器、执行机构和控制器三部分组成，地面测试过程中，需要对卫星各部分的功能和性能进行全面的验证。

卫星控制系统地面测试需要由控制系统专用测试设备来完成，通常该套设备包括动力学仿真计算机、控制系统测试机柜和整形箱，各设备之间以及整套设备与卫星之间使用电缆进行连接。如图1所示为典型控制系统地面测试设备与卫星的连接图，控制推进机柜摆放于电测间，主要由电源、信号源、模拟负载等组成，重量约150公斤。整形箱位于星旁，和卫星之间用15m左右的星表电缆连接，和机柜间通过50m的电缆连接。由于控制系统测试设备的信号数量多，造成电缆数量很多，总重量超过50公斤。这些设备在卫星转移至新测试工位时需要重新铺设，一方面劳动强度大，另一方面由于测试电缆数量多、走线多，也降低了系统的可靠性。

除了测试设备笨重的缺点以外，当前测试设备以平台为对象进行研制，模块化程度低，测试设备状态与平台技术状态耦合度高，造成不同平台间的设备互换性差，一旦卫星状态更改，就要重新投产整套测试设备，极大的增加了维护成本。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星控制系统小型模块化测试设备，解决了当前卫星地面测试过程中控制系统地面测试设备笨重、集成度低、互换性差的问题，实现了地面测试设备的小型化和模块化，提高了易用性和可靠性。

本实用新型的技术解决方案是：一种卫星控制系统小型模块化测试设备，包括动力学计算机、通用接口箱、星表电缆；动力学计算机通过CAN总线与通用接口箱连接，通用接口箱通过星表电缆与卫星控制系统连接。

所述的通用接口箱包括底板、敏感器信号源板卡、执行机构采集板卡；

底板设有的供电模块、多个接插件，供电模块接外部电压，敏感器信号源板卡以及执行机构采集板卡的两端均有接插件，后面板接插件与底板接插件完成插接，用于从底板获取电源以及CAN总线组网，前面板接插件连接星表电缆，用于和卫星控制系统电信号传输；

敏感器信号源板卡包括陀螺信号源板卡、太阳敏感器信号源板卡、地球敏感器信号源板卡、星敏感器信号源板卡；陀螺信号源板卡、太阳敏感器信号源板卡、地球敏感器信号源板卡、星敏感器信号源板卡通过可插拔接插件与底板连接；

执行机构采集板卡通过可插拔接插件与底板连接。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

(1)本实用新型测试设备将同一种敏感器或者同一种执行机构设计为一块板卡，可以根据卫星控制系统实际情况进行裁剪，具有模块化的优势，增加了可复用性，提高了成熟度和可维护性；

(2)本实用新型测试设备具有通用性，在接口箱设计时可通过卫星敏感器、执行机构种类最大包络的方法以及使用转接电缆的方式来适应不同平台的卫星，无需更改硬件即可完成不同平台卫星的控制系统地面测试；

(3)本实用新型测试设备基于嵌入式设备和普通PC机，将原有的测试机柜和整形箱的功能集成在一套设备中，所述的通用接口箱可做成4U的标准机箱，具有低成本、小型化的特点。

附图说明

图1为典型的卫星控制系统地面设备组成结构图；

图2为一种卫星控制系统小型模块化测试设备组成结构图；

图3为通用接口箱中电路板安装示意图。

具体实施方式

针对当前控制系统地面测试设备笨重，互换性差的现状，本实用新型提出一种卫星控制系统小型模块化测试设备，基于模块化思想按照现有卫星敏感器和执行机构部件为依据划分出不同模块的板卡，所有板卡可集成在1个4U标准机箱，板卡间通过CAN总线组网，完成于动力学计算机的通信，与现有技术相比，本实用新型可以极大的减少控制系统测试设备的体积和重量，且模块化的设计便于未来的升级和维护。

如图2所示为一种卫星控制系统小型模块化测试设备组成结构图，卫星控制系统小型模块化测试设备包括动力学计算机、通用接口箱、配套电缆。其中动力学计算机运行有动力学仿真软件，模拟卫星在空间的姿态和轨道运动。通用接口箱可以将动力学仿真的数学信号变换为电信号，完成与卫星控制系统星的电信号输入输出，实现对卫星控制系统的测试。配套电缆完成信号的传导，根据不同的卫星需要配备不同的电缆。

通用接口箱包括底板、敏感器信号源板卡、执行机构采集板卡，各部分的功能如下：

底板上有供电模块，将外部输入的220V交流电转换为+12V，+5V等电压的直流电，供通用接口箱内其他板卡使用。如图3所示为通用接口箱中电路板安装示意图，底板上有10组相同的接插件，可以插接10块板卡，接插件节点主要有供电接口和CAN总线通信接口，由于每个接插件的节点定义相同，因此板卡可以在任意的接插件插接。

敏感器信号源板卡实现动力学数学仿真和卫星控制系统电接口之间的转换，包括但不仅限于陀螺信号源板卡、太阳敏感器信号源板卡、地球敏感器信号源板卡以及星敏感器信号源板卡。这些板卡插接在底板的卡槽上，由底板实现供电，并通过底板完成与动力学计算机的CAN总线组网，在动力学计算机的控制下，产生电信号完成对卫星上的敏感器的激励。

执行机构采集板卡插接在底板的卡槽上，由底板实现供电，并通过底板完成于计算机的CAN总线组网。在接受到卫星上的执行机构动作的电信号后，将其按照一定的格式打包，通过CAN总线传递到动力学计算机中。

上述敏感器信号源板卡和执行机构采集板卡在设计时考虑了最大包络，可以覆盖现有卫星使用的敏感器和执行机构，且卫星上每一种敏感器或执行机构的单机对应地面的一块板卡。在使用时，可以根据卫星上敏感器和执行机构的数量和种类进行裁剪，插接不同的板卡。本实用新型实现卫星控制系统地面测试的详细实施步骤如下：

1、通用接口箱的配置

根据所测试的卫星控制系统的技术状态，从已有的板卡库中选择对应的敏感器信号源板卡和执行机构采集板卡，将板卡插接到通用接口箱中的底板上。

2、电缆的连接

使用CAN总线电缆连接动力学计算机和通用接口箱，使用星表电缆完成卫星控制系统和通用接口箱的连接，以实现以上设备之间的电信号传输。

3、通用接口箱加电

通用接口箱使用220V交流，在通用接口箱后面板设置有总开关，打开开关可实现该设备的供电。

4、卫星控制系统加电

按照加电顺序依次对卫星控制系统的各部件进行加电。

5、运行动力学仿真程序

在动力学计算机上运行动力学仿真程序，设定仿真的初始轨道和姿态，计算得到当前的敏感器测量信息通过CAN总线传送到通用接口箱的敏感器信号源电路板，由电路板生成相应的激励信号，通过星表电缆传送到卫星上的敏感器。同时，卫星控制系统产生的动作值通过星表电缆传送到执行机构采集板卡，由板卡来完成采集并通过CAN总线实时的传送到动力学计算机。动力学计算机得到执行机构动作后计算出卫星下一时刻的位置和姿态，并再次转化为敏感器输出，此后按照上述循环持续进行仿真。

6、卫星更改后的配置

卫星控制系统小型模块化测试设备考虑了通用性，在设计时按照敏感器和执行机构设计出不同的模块，一旦卫星技术状态变更，可以通过增加或减少模块以及更换星表电缆的方式来完成适应。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。