双星联合测试能源仿真与监控系统的制作方法

本发明涉及卫星地面测试技术领域，具体地，涉及一种双星联合测试能源仿真与监控系统。

背景技术：

双星联合测试的设计原则是在双星联合时组建一套系统可以同时仿真卫星1与卫星2能源，并对能源进行监视和控制，满足卫星1与卫星2单独或联合测试需求。在双星分离前，地面发控台仅对卫星1星表进行能源供电，卫星1通过双星电缆向卫星2提供能源供电，并完成双星信息的交换；分离后，卫星2能源由自身太阳电池阵供给。为了在短时间内和低成本下完成卫星的测试，并且保障测试方案的设计合理最优化，故设计了一种双星联合测试能源仿真与监控系统。

公开号为cn105207339a的专利文献公开了一种卫星地面仿真系统电源供应装置，包括银锌电池组、外接电源管理器、铅酸蓄电池组、充电装置、直流变换组合、充放电管理模块、电源分配箱、电压电流表、双功能供电开关和遥控操作器；直流变换组合与直流变换组合电信号连接，充放电管理模块分别与电压电流表、直流变换组合、银锌电池组、外接电源管理器、铅酸蓄电池组、双功能供电开关电信号连接；静态调试时，将外接电源接入外接电源管理器，此时采用外接电源供电，不耗用银锌电池组和铅酸蓄电池组的电力；正式动态试验时，用银锌电池组和铅酸蓄电池组供电，试验完毕后，将220v电源接入充电装置，通过充放电管理模块管理电池组进行充电.本发明实现原理简单、工程实现方便，成本低。但是，该方案仅能够提供供电装置，不能够监测供电装置给卫星地面仿真系统供电后卫星地面仿真系统的状态信息。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双星联合测试能源仿真与监控系统。

根据本发明提供的一种双星联合测试能源仿真与监控系统，包括能源仿真子系统、测试数据采集与控制子系统，所述能源仿真子系统能够模拟太阳电池阵输出的伏安特性曲线，在卫星测试中为卫星供电、充电；测试数据采集与控制子系统能够控制和监测卫星状态；

所述能源仿真子系统连接测试数据采集与控制子系统，测试数据采集与控制子系统通过脱插电缆分别连接第一卫星和第二卫星实现充供电，测试数据采集与控制子系统有线或无线连接第一卫星和第二卫星实现控制信号发送和状态监测；

当第一卫星与第二卫星通过接口模块连接时，实现两颗卫星联合测试；当第一卫星与第二卫星不连接时，实现两颗卫星单独测试。

优选地，所述能源仿真子系统包括电源模块、配电模块以及控制器模块，配电模块和控制器模块分别连接电源模块，电源模块连接测试数据采集与控制子系统；

所述配电模块作为对外的输入输出接口，能够为电源模块提供交流供电；

所述电源模块能够模拟卫星太阳电池阵供电输出，在卫星电测试中为卫星供电充电；

所述控制器模块能够运行电源监控软件，并与电源模块通过网络连接，对电源模块的输出电压、电流以及阴影光照曲线进行设置和监视。

优选地，所述电源监控软件包括模拟阵输出控制模块、模拟阵保护和异常报警模块、第一数据采集和处理模块以及第一数据通信模块；

所述模拟阵输出控制模块包括供电阵和充电阵输出控制组件、涓流阵输出控制组件、脱分插供电输出控制组件以及模拟进影控制组件；

所述模拟阵保护和异常报警模块包括过压过流保护设定组件、保护状态显示组件、网络通讯异常报警组件以及模块工作异常报警组件；

所述第一数据采集和处理模块包括模块电压电流采集组件、数据存储组件以及数据实时显示组件；

所述第一数据通信模块包括向服务器发送采集数据组件、接收服务器指令数据组件。

优选地，所述电源监控软件具有远程控制模式和本地控制模式。

优选地，所述测试数据采集与控制子系统包括数据采集与控制设备、信号调理设备、转接箱，数据采集与控制设备依次连接信号调理设备、转接箱，转接箱通过脱插线缆连接卫星，转接箱连接能源仿真子系统；

所述数据采集与控制设备包括主控制器、输出控制模块、电平采集模块、状态量采样模块以及模拟量采集模块，所述数据采集与控制设备安装并运行数据采集与控制软件；

所述信号调理设备能够完成数据采集与控制设备的信号调理和电气接口适配；

所述转接箱根据每个卫星任务需求进行配置。

优选地，所述数据采集与控制软件包括卫星状态控制模块、第二数据采集和处理模块、第二数据通信模块；

所述卫星状态控制模块包括卫星触电信号控制组件、卫星脉冲信号控制组件以及脱分插供电输出控制组件；

所述第二数据采集和处理模块包括卫星模拟量采集组件、卫星状态量采集组件以及卫星电平信号采集组件；

所述第二数据通信模块包括向服务器发送采集数据组件、接收服务器指令数据组件。

优选地，所述信号调理设备能够将卫星下行测试电缆的接点按照来源和类型进行分类；所述来源包括星上、地面；所述类型包括模拟量、状态量。

优选地，所述测试数据采集与控制子系统信号连接卫星；所述测试数据采集与控制子系统通过测试局域网连接综测服务器、监视终端以及总控终端；

所述测试数据采集与控制子系统能够接收综测服务器转发的远程控制指令或在本地界面发出控制指令，控制地面模拟阵的输出、星上单机开关机、脱插脱落和分插分离、星上电源放电开关通断，将指令执行情况本地显示、记录并送综测服务器；

所述测试数据采集与控制子系统能够接收星上插头插上状态信号、脱插状态信号、分插状态信号、地面模拟阵通断状态信号，星上单机开关状态信号，在本地指示状态、记录并送综测服务器；

所述测试数据采集与控制子系统能够对星上母线输出电压电流、蓄电池组输出电压进行采样，在本地显示数值、记录并送综测服务器。

优选地，所述能源仿真子系统具备多路供电能力。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明能源仿真子系统用于模拟太阳电池阵输出的伏安特性曲线，在卫星电测试中为整星供电充电，具备模拟卫星进出影功能；测试数据采集与控制子系统经脱落插头、分离插头对卫星星上状态进行通断控制；通过脱分插继电器对脱落分离电源供电通路进行通断控制，采集星上状态量信号和模拟量信号，进行显示并向综测网络广播；本发明为双星联合或单星测试提供能源，对卫星供电系统及星载关键设备进行监控，是双星测试和成功发射的重要保障。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明双星联合测试能源仿真与监控系统组成框图。

图2为本发明能源仿真子系统原理框图。

图3为本发明能源仿真子系统控制模块电源监控软件功能结构图。

图4为本发明测试数据采集与控制子系统原理框图。

图5为本发明测试数据采集与控制子系运行的数据采集与控制软件功能模块图。

图6为本发明数据采集与控制子系统信号调理电路图：星上触点信号状态指示电路。

图7为本发明数据采集与控制子系统信号调理电路图：模拟分离状态指示电路。

图8为本发明数据采集与控制子系统信号调理电路图：星上电压模拟量采样电路。

图9为本发明数据采集与控制子系统信号调理电路图：放电开关断开控制电路。

图10为本发明数据采集与控制子系统信号调理电路图：供电分流阵通/断控制电路。

图11为本发明数据采集与控制子系统信号调理电路图：脱落分离控制电路。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为了在短时间内和低成本下完成卫星的测试，并且保障测试方案的设计合理最优化，设计了一种双星联合测试能源仿真与监控系统。

本发明提供的一种双星联合测试能源仿真与监控系统，包括能源仿真子系统、测试数据采集与控制子系统，所述能源仿真子系统能够模拟太阳电池阵输出的伏安特性曲线，在卫星测试中为卫星供电、充电；测试数据采集与控制子系统能够控制和监测卫星状态；所述能源仿真子系统连接测试数据采集与控制子系统，测试数据采集与控制子系统通过脱插电缆分别连接第一卫星和第二卫星实现充供电，测试数据采集与控制子系统有线或无线连接第一卫星和第二卫星实现控制信号发送和状态监测；当第一卫星与第二卫星通过接口模块连接时，实现两颗卫星联合测试；当第一卫星与第二卫星不连接时，实现两颗卫星单独测试。所述脱插电缆通过脱落插头、分离插头连接卫星。

所述能源仿真子系统包括电源模块、配电模块以及控制器模块，配电模块和控制器模块分别连接电源模块，电源模块连接测试数据采集与控制子系统；所述配电模块作为对外的输入输出接口，能够为电源模块提供交流供电；所述电源模块能够模拟卫星太阳电池阵供电输出，在卫星电测试中为卫星供电充电；所述控制器模块能够运行电源监控软件，并与电源模块通过网络连接，对电源模块的输出电压、电流以及阴影光照曲线进行设置和监视。

所述电源监控软件包括模拟阵输出控制模块、模拟阵保护和异常报警模块、第一数据采集和处理模块以及第一数据通信模块；所述模拟阵输出控制模块包括供电阵和充电阵输出控制组件、涓流阵输出控制组件、脱分插供电输出控制组件以及模拟进影控制组件；所述模拟阵保护和异常报警模块包括过压过流保护设定组件、保护状态显示组件、网络通讯异常报警组件以及模块工作异常报警组件；所述第一数据采集和处理模块包括模块电压电流采集组件、数据存储组件以及数据实时显示组件；所述第一数据通信模块包括向服务器发送采集数据组件、接收服务器指令数据组件。所述电源监控软件具有远程控制模式和本地控制模式。优选地，电源模块由18个agilent标准电源组成，负责供电输出和脱落分离供电，具有网络通信功能；控制器模块运行本地监控软件，和电源模块采用网络连接方式，对电源模块的输出电压、电流以及阴影光照曲线进行设置和监视，同时和测试服务器网络通信，接收远程控制指令进行设置和监视；标准机柜(包括配电箱)提供系统集成的外部环境，确保设备安装、摆放、运输、供电、操作、散热等方面的需求。

所述测试数据采集与控制子系统包括数据采集与控制设备、信号调理设备、转接箱，数据采集与控制设备依次连接信号调理设备、转接箱，转接箱通过脱插线缆连接卫星，转接箱连接能源仿真子系统；所述数据采集与控制设备包括主控制器、输出控制模块、电平采集模块、状态量采样模块以及模拟量采集模块，所述数据采集与控制设备安装并运行数据采集与控制软件；所述信号调理设备能够完成数据采集与控制设备的信号调理和电气接口适配；所述转接箱根据每个卫星任务需求进行配置。所述转接箱用于连接信号调理设备和卫星，根据每个卫星任务需求的不同，配置不同。

所述数据采集与控制软件包括卫星状态控制模块、第二数据采集和处理模块、第二数据通信模块；所述卫星状态控制模块包括卫星触电信号控制组件、卫星脉冲信号控制组件以及脱分插供电输出控制组件；所述第二数据采集和处理模块包括卫星模拟量采集组件、卫星状态量采集组件以及卫星电平信号采集组件；所述第二数据通信模块包括向服务器发送采集数据组件、接收服务器指令数据组件。

所述信号调理设备能够将卫星下行测试电缆的接点按照来源和类型进行分类；所述来源包括星上、地面；所述类型包括模拟量、状态量。

所述测试数据采集与控制子系统信号连接卫星；所述测试数据采集与控制子系统通过测试局域网连接综测服务器、监视终端以及总控终端；所述测试数据采集与控制子系统能够接收综测服务器转发的远程控制指令或在本地界面发出控制指令，控制地面模拟阵的输出、星上单机开关机、脱插脱落和分插分离、星上电源放电开关通断，将指令执行情况本地显示、记录并送综测服务器；所述测试数据采集与控制子系统能够接收星上插头插上状态信号、脱插状态信号、分插状态信号、地面模拟阵通断状态信号，星上单机开关状态信号，在本地指示状态、记录并送综测服务器；所述测试数据采集与控制子系统能够对星上母线输出电压电流、蓄电池组输出电压进行采样，在本地显示数值、记录并送综测服务器。

所述能源仿真子系统具备多路供电能力。所述第一卫星、第二卫星为地面仿真卫星。优选地，能源仿真子系统具备双星共20路供电能力，第一卫星供电16路，第二卫星供电4路，输出纹波vp-p<400mv，每路在输出电压为60v的情况下，输出电流能力不小于6.0a，满足远距离测试时长电缆压降要求。所述测试数据采集与控制子系统，具备第一卫星开关控制68路，第二卫星开关控制68路，第一卫星模拟量监视38路，第二卫星模拟量监视38路，第一卫星触点信号采集监视36路，第二卫星触点信号采集监视36路，第一卫星电平信号采集监视12路，第二卫星电平信号采集监视12路，满足本控、远控两种控制和监视方式，具备双星有线信号(模拟量、状态量等)的联合监视，具备双星关键设备(蓄电池放电开关等)的联合控制，具备系统采集参数实时记录，并按数据包格式发送至数据处理与监视设备，可以实时监视和事后分析，能够在设备工作完毕后立即给出测试报告(包含接收命令、设置参数、测量数据等)，具备对采集数据异常或系统自身工作异常时具备声音报警提醒能力，具备自动化快速自检能力。

本发明通过如下步骤进行供电测试：

步骤1：能源仿真子系统用于模拟太阳电池阵输出的伏安特性曲线，在卫星电测试中为双星联合或单星供电充电，另外提供一路电源为脱插脱落和分插分离控制供电，具备模拟卫星进出影功能；

步骤2：测试数据采集与控制子系统经脱落插头、分离插头对卫星星上状态进行通断控制；通过脱分插继电器对脱落分离电源供电通路进行通断控制，采集星上状态量信号和模拟量信号，进行显示并向综测网络广播。

本发明能够实现两颗星的同时供电仿真及卫星状态监测，同时实现双星的供电充电，并模拟卫星在轨不同时段，不同光照条件下的能源输出特性。

图1为本发明一种双星联合测试能源仿真与监控系统组成框图。图2为能源仿真子系统原理图，其组成包括电源模块、控制器模块和配电箱。

电源模块均选用agilent标准电源模块e4361a-j02，控制机箱选用e4366a，每个控制机箱可放置两个电源模块。e4366a是e4361a-j02模块的主机箱，它支持手动和程控操作两种方式。具有操作面板和显示面板，可方便地手动实现全功能操作和直观显示结果。e4361a-j02是系统硬件的核心部分，作为专用的直流电源设备，它具有优异的电压/电流输出性能指标。同时，它还具有模拟太阳电池阵列的功能。除了普通电源的固定模式工作方式外，它还支持仿真模式和表模式工作方式。这对于真实模拟太阳电池阵列工作尤为重要。

图3为能源仿真子系统控制模块软件功能结构图。其组成包括模拟阵输出控制模块、模拟阵保护和异常报警模块、数据采集和处理模块、数据通信模块；在远控模式下，本地监控软件提供本地监视和直接控制功能，同时通过网络通信接收综测服务器转发的远程控制指令；在本控模式下，本地监控软件提供监视功能和直接控制功能。具体功能如下：

根据不同卫星选择设置，动态配置软件控制界面和相应模块的限流限压参数；

通过ivi底层驱动，实现前端模块互换性和通用性；

可通过本地或远程设置模拟阵模块输出电压、电流，控制模块输出；

远控模式下指令需通过远控软件发送两次指令，前端模块确认内容比对两次指令，内容一致后执行，并将指令执行情况反馈服务器；

按测试要求设定光照、阴影循环曲线，并能模拟模糊阴影期输出电流平滑渐变的过程；

本地以有无输出判断光照阴影情况，和每路电源模块电压、电流、输出状态、模块报警信息一起记录；

将每路电源模块电压、电流、输出状态、模块报警信息和光照阴影情况实时发送至综测服务器，服务器保存并转发监视终端显示。

集成环境选用agilent1.6m标准机柜，机柜顶部有轴流风机，采用下进风、上排风，利于冷却通风，机柜背面有走线槽，便于电缆和电源线走线。机柜配一台配电箱为设备供电，配电箱选用标准化产品380v-220v电源控制箱加三相220v电源分配器，输入端为一路380v/25a三相交流电源，输出为3路220v/25a单相交流电源，每路可以保障3台电源主机(6个模块)的供电，使用时各相负载尽量保持平均。

电源控制箱前面板上装有三路220v电源的电压指示表，可以在设备加电前以及加电过程中对输入电压进行实时监视；前面板上装有空气开关以实现输入电源的通断控制；另外还有急停开关，可在供电异常或设备输出异常时手动快速断开电源。

图5为测试数据采集与控制子系统原理图，其由信号数据采集与控制设备、信号调理设备、和转接箱组成，图4为软件功能模块图。

信号调理设备模块将卫星下行测试电缆的接点按照来源(星上/地面)和类型(模拟量/状态量)进行分类，便于不同信号的处理，见图6。具体如下：

图6为星上触点信号状态指示电路，接收星上各种插头插上状态信号、脱插状态信号、分插状态信号、地面模拟阵通断状态信号(触点)，自行供电28v，送数字量采集板卡光耦隔离后采样；

图7为模拟分离状态指示电路，接收星上各重要单机开关状态信号(电平)，送数字量采集板卡光耦隔离后采样；

图8为星上电压模拟量采样电路，转接星上母线输出电压、母线输出电流、蓄电池组输出电压，送模拟量采集卡采样；

图9为放电开关断开控制电路，转接控制输出板卡发出的星上单机开关机控制、放电开关通断控制，送星上；

图10和图11分别为供电分流阵通/断控制电路和脱落分离控制电路，转接控制输出板卡发出的地面供电阵、涓流阵、脱落电源、分离电源以及脱插脱落控制、分插分离控制命令信号；

数据采集与控制设备具体功能包括：

接收综测服务器转发的远程控制指令或在本地界面发出控制指令，通过控制输出板卡继电器开关，控制地面模拟阵的输出、星上单机开关机、脱插脱落和分插分离、星上电源放电开关a/b通断，将指令执行情况本地显示、记录并送综测服务器；

接收星上各种插头插上状态信号、脱插状态信号、分插状态信号、地面模拟阵通断状态信号(触点)，星上单机开关状态信号(电平)，本地指示状态、记录并送综测服务器；

对星上母线输出电压电流、蓄电池组输出电压进行采样，本地显示数值、记录并送综测服务器。

状态量采样模块采用ni数字量输入板卡pxi-6511，光耦隔离，支持64通道、0～30vdc输入；0～4v为低电平，11～30v为高电平。采集内容包括：采样星上各种插头插上状态信号、脱插状态信号、分插状态信号、地面模拟阵通断状态信号(触点)；光耦隔离并采样星上单机开关状态信号(电平)。

控制模块采用ni开关板卡pxi-2568，31个独立的单刀单掷继电器，最高速度145channels/s，单通道最大电流为2a，最大电压150v，工作温度0～55℃。控制内容包括：开关板卡控制供电阵功率继电器(磁保持)的通断；开关板卡继电器控制执行器中脱落电源和分离电源功率继电器(磁保持)的通断，控制脱插脱落和分插分离功率继电器(电磁)的通断；开关板卡继电器，控制星上单机开关机，控制星上蓄电池放电开关a/b通断。

模拟量采集模块采用ni数字万用表模块pxi-4070配合多路复用器pxi-2527，用于采集整星阻抗、母线电压、母线电流、蓄电池组电压等。所采集数据本地保存并通过网络连接的方式发送给综测服务器。最大输入电压为300v，采样频率为100channels/s，能够满足测试数据采集与控制子系统的模拟量电压采集要求。

本发明最大的特点是两颗卫星联合测试，建立一套双星联合测试能源仿真与监控系统，模拟双星联合或单星负载，仿真卫星太阳电池阵系统，为双星联合或单星测试提供能源，对卫星供电系统及星载关键设备进行有线监控，同时，第二卫星可以通过分插由第一卫星本体供电，也可以由第二卫星太阳电池阵供电，所述太阳电池阵为卫星上太阳电池阵或者为由能源仿真子系统的电源模块模拟的太阳电池阵，本发明为双星测试和成功发射提供了重要保障。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。