一種多探頭高精度星敏感器冗余配置系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種多探頭高精度星敏感器，特別是一種多探頭高精度星敏感器冗余配置系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]星敏感器作為一種高精度姿態(tài)測量部件，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、飛船等航天器上。隨著技術(shù)的發(fā)展，對星敏感器的體積、功耗、測量精度等指標(biāo)提出了越來越苛刻的要求。
[0003]傳統(tǒng)的單探頭星敏感器姿態(tài)角不能等精度輸出，光軸輸出精度高而橫軸輸出精度低，另外如果太陽雜散光進(jìn)入視場會影響星敏感器性能甚至造成無法正常工作。為此，通常航天器上需安裝兩臺或兩臺以上星敏感器，它們獨(dú)立工作，互為備份。由航天器上控制計算機(jī)對多臺星敏感器輸出的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理。這種多臺獨(dú)立星敏感器的冗余配置方式，每臺星敏感器均由單個探頭、處理模塊、供電模塊等組成，整個系統(tǒng)尺寸、重量、功耗均比較大。另外，這種多臺獨(dú)立星敏感器的冗余配置方式，只能實現(xiàn)最終姿態(tài)數(shù)據(jù)的融合，無法實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)處理過程中的融合，限制了測量精度的提高。
[0004]近年來，國內(nèi)外開始了多探頭(多視場)星敏感器的探索研制。這類星敏感器將多個探頭的圖像數(shù)據(jù)輸出給一個處理單元進(jìn)行融合處理。最典型的多探頭星敏感器是法國S0RDEN公司的HYDRA星敏感器。該星敏感器探頭可選擇配置2?4個，線路盒可配置一個或兩個(其中一個為備份)。由每個探頭內(nèi)部完成圖像預(yù)處理后，分兩路將預(yù)處理結(jié)果輸出給主備份線路盒進(jìn)行融合處理。這種采用多個線路盒連接多個探頭的冗余配置方式，線路盒不能實現(xiàn)模塊級的靈活配置，兩個線路盒的冗余備份方式不利于整機(jī)系統(tǒng)的小型化。如果只采用單個線路盒在可靠性方面又顯得不足。另外，這種星敏感器探頭需要具有圖像預(yù)處理功能，導(dǎo)致探頭體積、功耗增加，不利于探頭的安裝和熱穩(wěn)定性設(shè)計。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種多探頭高精度星敏感器冗余配置架構(gòu)，提高星敏感器測量精度的同時，保證產(chǎn)品實現(xiàn)簡單、可靠性高、配置靈活。
[0006]本實用新型的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的:
[0007]—種多探頭高精度星敏感器冗余配置系統(tǒng)，包括線路盒和探頭；其中線路盒包括主電源模塊、備電源模塊、主處理器模塊、備處理器模塊和FPGA模塊；所述探頭包括探測器模塊和內(nèi)部接口；
[0008]探頭內(nèi)部的探測器模塊與內(nèi)部接口連接，并通過探頭內(nèi)部的接口與線路盒內(nèi)部的接口相連，探頭數(shù)η與線路盒內(nèi)的接口數(shù)η以及FPGA模塊數(shù)η相對應(yīng)；在線路盒內(nèi)，η個接口分別對應(yīng)連接η個FPGA模塊，同時η個接口分別通過η條供電線與主電源模中的第一開關(guān)和備電源模塊中的第二開關(guān)連接；主電源模塊內(nèi)部的第一開關(guān)與第一 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊連接，主電源模塊中的第一 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊與外部主電源接口連接，第一開關(guān)與主處理器模塊連接，實現(xiàn)接收主處理器模塊輸出的開關(guān)控制信號，主電源模塊與主處理器模塊連接實現(xiàn)對主處理器模塊的供電；備電源模塊內(nèi)部的第二開關(guān)與第二 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊連接，備電源模塊中的第二 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊與外部備電源接口連接，第二開關(guān)與備處理器模塊連接，實現(xiàn)接收備處理器模塊輸出的開關(guān)控制信號，備電源模塊與備處理器模塊連接實現(xiàn)對備處理器模塊的供電；FPGA模塊通過傳圖接口與外部計算機(jī)連接，每個FPGA模塊通過主數(shù)據(jù)總線與主處理器模塊連接，通過備數(shù)據(jù)總線與備處理器模塊連接；主處理器模塊通過主通訊接口與外部計算機(jī)連接，備處理器模塊通過備通訊接口與外部計算機(jī)連接。
[0009]在上述的一種多探頭高精度星敏感器冗余配置系統(tǒng):
[0010]探頭:將探測到得數(shù)據(jù)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換生成原始圖像，并將原始圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至線路盒中的FPGA模塊；
[0011]FPGA模塊:連接探頭用于完成探頭曝光控制，對探頭傳輸?shù)脑紙D像進(jìn)行星點(diǎn)提取、質(zhì)心計算預(yù)處理，并將預(yù)處理結(jié)果輸出至主處理器模塊和備處理器模塊；
[0012]主電源模塊:將外部輸入電壓轉(zhuǎn)換為多探頭高精度星敏感器冗余系統(tǒng)規(guī)格的電壓，為主處理器模塊供電，同時輸出η路電源分別對η個FPGA模塊和探頭進(jìn)行供電；
[0013]備電源模塊:主電源模塊正常工作時，備電源模塊不工作；當(dāng)主電源模塊或主處理器模塊出現(xiàn)故障時，備電源模塊工作，將外部輸入電壓轉(zhuǎn)換為多探頭高精度星敏感器冗余系統(tǒng)規(guī)格的電壓，為備處理器模塊供電，同時輸出路電源分別對η個FPGA模塊和探頭進(jìn)行供電；
[0014]主處理器模塊:與η個FPGA模塊連接，讀取η個FPGA模塊的預(yù)處理結(jié)果，對預(yù)處理結(jié)果進(jìn)行星圖識別、姿態(tài)解算處理，并將處理結(jié)果通過主通訊接口發(fā)送至外部控制計算機(jī)；
[0015]備處理器模塊:主電源模塊正常工作時，備處理器模塊不工作；當(dāng)主電源模塊或主處理器模塊出現(xiàn)故障時，備處理器模塊工作，備處理器模塊與η個FPGA模塊連接，讀取η個FPGA模塊的預(yù)處理結(jié)果，進(jìn)一步進(jìn)行星圖識別、姿態(tài)解算處理，并將處理結(jié)果通過備通訊接口發(fā)送至外部控制計算機(jī)。
[0016]在上述的一種多探頭高精度星敏感器冗余配置系統(tǒng)，對于可靠性要求不高的應(yīng)用場合，可選擇只配置兩個探頭和兩個FPGA模塊，主電源模塊與主處理器模塊、備電源模塊與備處理器模塊可選擇只配置主份不配置備份。
[0017]在上述的一種多探頭高精度星敏感器冗余配置系統(tǒng)，主電源模塊內(nèi)部包括第一DC-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊和第一開關(guān)，第一 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊通過主電源接口與外部電源連接，將外部輸入電壓轉(zhuǎn)換為多探頭高精度星敏感器冗余系統(tǒng)規(guī)格的電壓；第一開關(guān)在正常工作時由主處理器模塊輸出控制信號打開，在某個FPGA模塊或探頭發(fā)生故障時，由主處理器模塊輸出對應(yīng)的控制信號將故障的FPGA模塊與探頭的供電關(guān)斷。
[0018]在上述的一種多探頭高精度星敏感器冗余配置系統(tǒng)，備電源模塊內(nèi)部包括第二DC-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊和第二開關(guān)，第二 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊通過備電源接口與外部電源連接，將外部輸入電壓轉(zhuǎn)換為多探頭高精度星敏感器冗余系統(tǒng)規(guī)格的電壓；開關(guān)在正常工作時由備處理器模塊輸出控制信號打開，在某個FPGA模塊或探頭發(fā)生故障時，由備處理器模塊輸出對應(yīng)的控制信號將故障的FPGA模塊與探頭的供電關(guān)斷。
[0019]在上述的一種多探頭高精度星敏感器冗余配置系統(tǒng)，F(xiàn)PGA模塊收到的原始圖像和星點(diǎn)提取、質(zhì)心計算預(yù)處理結(jié)果可通過傳圖接口 a、傳圖接口 b和傳圖接口 c，下傳至外部計算機(jī)。
[0020]在上述的一種多探頭高精度星敏感器冗余配置系統(tǒng)，η值為2-4。
[0021]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0022](1)本實用新型不同于常規(guī)的多臺獨(dú)立星敏感器的冗余配置方式，而是單機(jī)內(nèi)部的冗余配置，在單機(jī)內(nèi)部實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)融合，有利于提高測量精度，同時可有效減小體積、
重量、功耗。
[0023](2)本實用新型采用單個線路盒連接多個探頭，線路盒內(nèi)部按主電源模塊、主處理器模塊、備電源模塊、備處理器模塊及η個FPGA模塊進(jìn)行功能模塊劃分，并實現(xiàn)探頭之間的熱備份、FPGA模塊之間的熱備份、主電源模塊與備電源模塊之間冷備份、主處理器模塊與備處理器模塊之間冷備份的工作模式，冷備與熱備相結(jié)合實現(xiàn)模塊級的冗余備份，具有實現(xiàn)簡單、可靠性高、配置靈活的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型一種多探頭高精度星敏感器冗余配置系統(tǒng)框架圖；
[0025]圖2為本實用新型線路盒電路分板及配置圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述:
[0027]如圖1所示為一種多探頭高精度星敏感器冗余配置系統(tǒng)框架圖，由圖可知包括線路盒和探頭；其中線路盒包括主電源模塊、備電源模塊、主處理器模塊、備處理器模塊和FPGA模塊；所述探頭包括探測器模塊和內(nèi)部接口 ；
[0028]探頭內(nèi)部的探測器模塊與內(nèi)部接口連接，并通過探頭內(nèi)部的接口與線路盒內(nèi)部的接口相連，探頭數(shù)η與線路盒內(nèi)的接口數(shù)η以及FPGA模塊數(shù)η相對應(yīng)；在線路盒內(nèi)，η個接口分別對應(yīng)連接η個FPGA模塊，同時η個接口分別通過η條供電線與主電源模中的第一開關(guān)和備電源模塊中的第二開關(guān)連接；主電源模塊內(nèi)部的第一開關(guān)與第一 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊連接，主電源模塊中的第一 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊與外部主電源接口連接，第一開關(guān)與主處理器模塊連接，實現(xiàn)接收主處理器模塊輸出的開關(guān)控制信號，主電源模塊與主處理器模塊連接實現(xiàn)對主處理器模塊的供電；備電源模塊內(nèi)部的第二開關(guān)與第二 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊連接，備電源模塊中的第二 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊與外部備電源接口連接，第二開關(guān)與備處理器模塊連接，實現(xiàn)接收備處理器模塊輸出的開關(guān)控制信號，備電源模塊與備處理器模塊連接實現(xiàn)對備處理器模塊的供電；FPGA模塊通過傳圖接口與外部計算機(jī)連接，每個FPGA模塊通過主數(shù)據(jù)總線與主處理器模塊連接，通過備數(shù)據(jù)總線與備處理器模塊連接；主處理器模塊通過主通訊接口與外部計算機(jī)連接，備處理器模塊通過備通訊接口與外部計算機(jī)連接。
[0029]多探頭高精度星敏感器冗余配置系統(tǒng)個模塊的功能如下:
[0030]探頭:將探測到得數(shù)據(jù)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換生成原始圖像，并將原始圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至線路盒中的FPGA模塊；
[0031]FPGA模塊:連接探頭用于完成探頭曝光控制，對探頭傳輸?shù)脑紙D像進(jìn)行星點(diǎn)提取、質(zhì)心計算預(yù)處理，并將預(yù)處理結(jié)果輸出至主處理器模塊和備處理器模塊；
[0032]主電源模塊:將外部輸入電壓