[发明专利]用于微小卫星的磁强计/MEMS陀螺组合系统

说明书

本发明涉及一种用于微小卫星的磁强计/MEMS陀螺组合系统，包括磁强计子系统、MEMS陀螺子系统、内部控制器子系统、串口子系统和电源子系统；内部控制器子系统对磁强计子系统和MEMS陀螺子系统进行实时信息采集和信息组帧，组帧后得到数据采集帧，并完成内部自守时；当内部控制器子系统接收到上位机通过串口子系统发送的数据采集指令帧时，内部控制器子系统通过串口子系统返回数据采集帧至上位机；电源子系统用于为磁强计子系统、MEMS陀螺子系统、内部控制器子系统和串口子系统供电。本发明可应用于狭小的安装空间内和低负载的载体，在保证卫星在轨稳定运行的前提下，不仅降低单机成本，而且可以降低单机质量，节约发射成本。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种用于微小卫星的磁强计/MEMS陀螺组合系统。

背景技术

目前商业航天对微小卫星的要求是，在保证性能和系统可靠性的前提下，将整星及其配套单机的成本降低。商业卫星的发射成本是整体成本的重要组成部分，由此单机质量的降低将导致成本的降低；其次，单机的功耗影响着卫星的在轨使用寿命，降低单机功耗，延长卫星在轨寿命将使卫星单价成本得以降低。所以概括起来商业航天微小卫星的技术特点将是：“成本低、质量低、功耗低和性能高”，而采用传统意义上的航天技术所研制的单机并不完全符合商业航天对微小卫星的技术要求。

传统卫星领域中广泛应用光纤陀螺敏感惯性坐标系下的三轴角速度，用于整星的姿态控制。但光纤陀螺由于内部集成了大量的光学器件、电子元器件和芯片，导致单机的成本和质量居高不下，同时单机需要为光路提供高功率光源，导致单机功耗较高。一般来说，一台/套满足卫星在轨运行需求的三轴光纤陀螺的价格一般在50万元左右，而采用MEMS工艺的陀螺传感器，在基本保证性能的前提下，可以将成本降低至1万元以内甚至更低，功耗降低到毫瓦级别，同时质量、体积也将大大减少，更节省了发射成本。而且，相比于传统的光纤陀螺，MEMS器件由于采用硅微工艺技术，其可靠性及环境适应性得到极大的提高，能承受大的冲击和振动，可应用于恶劣环境的在轨环境，其商业航天的应用前景非常广阔。

磁强计是敏感周围环境磁场强度的传感器，在卫星的姿态控制系统中，磁强计是重要的姿态敏感部件，其主要功能是测量轨道地磁场，用于卫星初始入轨阻尼调整和飞轮卸载。目前航天领域广泛采用的磁强计主要分为磁阻式和磁通门式两种。磁阻式磁强计依托薄膜技术和磁阻技术的深入研究和飞速发展，目前相比于磁通门式磁强计，具有成本低、质量轻、体积小、结构简单、便于集成化和对弱磁场的测量有极高稳定性的优点，已经成为空间探测用磁场传感器的研究热门。

目前组合导航系统是商业航天领域的研究热点，将传统意义上的姿控单机降低质量和体积后可进行集成设计，组成组合导航系统，可应用于狭小的安装空间内和低负载的载体。同时，集成安装后的组合导航系统可以解决低集成度所导致的安装误差大的问题，简化不必要的标定流程，进而提升单机整体性能。在保证性能的前提下满足微小卫星的在轨需求。

现今欧美国家如火如荼进行商业航天开发的同时，在国内以长光卫星技术有限公司为代表的一批科技公司的兴起也使得国内的商业航天呈现蓬勃发展的趋势。

相比之下，磁强计传感器领域主要有美国Honeywell公司的HMC系列单轴、多轴磁阻式磁强计传感器，日本村田制作所的MRMS系列磁阻式磁强计传感器和日本NEC公司生产的MRUS系列磁强计，而国内尚未出现大量磁阻式磁强计的相关报道，磁阻式磁强计应用于在轨卫星的技术更是少之又少。在MEMS陀螺方面，国外知名传感器厂商，如ADI、Honeywell、Maxim相继推出用于航天、空间探测的惯性级和用于军事、航海、航空的战术级MEMS陀螺芯片，而国内尚属于理论研究和工艺探索阶段，目前主要参研单位有清华大学、复旦大学、南京理工大学和中北大学等高校，以及中电13所、航天时代等科研单位。

发明内容