[发明专利]一种摆动式红外地球敏感器的故障模拟方法

摘要

一种摆动式红外地球敏感器的故障模拟方法，首先按照真实的红外地球敏感器进行功能模块划分，对每一功能模块的正常运行过程进行建模，在正常运行模型的基础上根据故障模式分析结果，叠加非线性函数和相应开关，模拟各种故障表现，把每个功能模块的故障模型串联即可得到摆动式红外地球敏感器的整机的故障模拟器。故障模拟器可以根据需要，输入故障置参数模拟各种故障，在卫星控制系统方案设计、数学仿真及分系统试验中可以应用，检验卫星控制系统故障诊断、故障重构设计及实现的正确性。

主权项

1.一种摆动式红外地球敏感器的故障模拟方法，其特征在于：采用二次电源、复合视场地球探头、四路模拟通道、扫描轴系及驱动电路、扫描角读出电路、俯仰和滚动角逻辑计算单元、接口电路七个功能模块分别进行模拟，每一个功能模块均采用正常和故障两种情况分别进行模拟，对于二次电源：采用一个标志位β11表示二次电源的外部一次电压输入情况，采用四个标志位Power32、Power15、Power5、Power11p5分别表示二次电源输出的32V、15V、5V和11.5V电压情况，当相应标志位为逻辑1时表示对应的二次电源输入电压或者输出电压正常，当相应标志位为逻辑0时表示对应的二次电源输入电压或者输出电压故障；对于复合视场地球探头：正常情况下，若cos^-1(BoVec[2])＜α，则探测器输出0.14mV，否则探测器输出0mV，探测器输出电压值经过时间常数为2ms的一阶环节得到复合视场地球探头的输出，其中地球半张角α＝sin^-1(6400/DisFromECenToSat)，DisFromECenToSat为探测器的高度，为探测器的方向余弦阵的转置，BoVec[2]为探测器在轨道坐标系Z轴上的投影，BbVec为探测器在地球敏感器坐标系中的坐标；故障情况下，通过在复合视场地球探头正常输出上叠加噪声发生函数模拟输出异常，通过将复合视场地球探头输出置0模拟无输出；对于四路模拟通道：正常情况下，以探测器电平为输入信号，依次经过时间常数1s的微分200倍预放大环节、时间常数为470ms的微分5倍放大环节、时间常数为3.3ms的实际微分25倍放大环节得到四路探测器输出的微分信号，所述微分信号经过充电时间常数为2.2ms的滤波环节得到地弦信号EC，所述微分信号经过放电时间常数为330ms的滤波环节得到地弦信号EC的非信号N_EC，所述微分信号经过整形处理得到穿越脉冲信号S/E、E/S信号；故障情况下，地弦信号EC及地弦信号非信号N_EC通过置1操作或者置0操作模拟有无输出，穿越脉冲信号S/E和E/S通过叠加噪声发生函数或者置0操作模拟异常或者无输出；对于扫描轴系及驱动电路：正常情况下，由正弦振荡器产生驱动信号，驱动信号叠加扫描角读出电路的输出信号后依次通过功率放大和光栅速度反馈电路形成扫描电机驱动信号，由扫描电机驱动扫描镜使得复合视场以驱动信号的频率沿俯仰轴方向扫描，使得扫描角读出电路能够敏感到光脉冲的变化；故障情况下，通过叠加反映扫描速度的脉冲噪声发生函数或者置0操作模拟扫描轴速度异常或无扫描；对于扫描角读出电路：正常情况下，利用两路光敏三极管敏感透过光栅速度反馈电路中光栅的发光信号，根据光栅的图案配置得到两路不同的时序信号，通过这两路时序信号得到扫描方向、基准脉冲以及光栅摆动速度输出；在故障情况下，通过置1操作或者置0操作模拟扫描方向、基准脉冲及光栅摆动速度测量有无输出，通过设置乘积参数设置输出的转动角度输出脉冲为多脉冲、少脉冲或无脉冲输出；对于俯仰和滚动角逻辑计算单元：正常情况下，根据探头宽窄扫、探头禁止信号、地弦信号、方向信号、基准方波信号及穿越脉冲，求出四路探测器的弦宽信号，由探头宽窄扫标志和地弦信号求出EP电平输出；根据EP电平信号、探头宽窄扫标志和四路弦宽信号确定出地球敏感器姿态输出；故障情况下可以采用叠加噪声函数以及置0操作，模拟姿态角输出噪声变大或无输出，模拟EP信号电平不稳或无输出；对于接口电路：正常情况下，接口电路接收外部指令，送给俯仰和滚动角逻辑计算单元；接收遥测数据时钟，根据俯仰和滚动角逻辑计算单元计算给出的姿态信息以及EP信号，通过驱动电路将姿态角、EP信号以及自身的探头禁止信息送给外部；故障情况下，通过叠加噪声函数以及置0操作，模拟姿态角输出噪声变大或无输出，模拟EP信号电平不稳或无输出，模拟探头禁止信号及宽窄扫输出不稳或无输出。