[发明专利]分布式微小卫星微振动信号采集系统及其应用方法

说明书

本发明公开了一种分布式微小卫星微振动信号采集系统及其应用方法，系统包括分布式数字微振动采集阵列、电源控制分配单机、星载计算机以及数据传输分系统，分布式数字微振动采集阵列包括安装在卫星不同振动传递路径上的多个微振动采集模块，微振动采集模块的供电端与电源控制分配单机的输出端相连、输出端与星载计算机相连，电源控制分配单机的输入端与星上一次电源相连，星载计算机通过总线分别与电源控制分配单机的控制端、数据传输分系统相连。本发明针对现有微振动信号采集系统难以满足微小卫星对减重降耗和采集精度要求的问题，能够解决微小卫星在轨运行下对微振动信号的高精度测量和可靠下传，同时额外提供卫星热控分系统所需的测温功能。

技术领域

本发明属于航天器信号采集与传输技术，具体涉及一种分布式微小卫星微振动信号采集系统及其应用方法。

背景技术

高精度对地观测航天器可以获取高质量的遥感影像，对于占领空间战略制高点、维护国家空间安全具有重要的战略意义。我国发射的“高分二号”、“吉林一号”等卫星的成像质量已进入亚米级分辨率，但是，与国际顶尖水平仍存在较大差距。其中，一个很重要的因素就是航天器结构平台受到微振动扰动，其姿态稳定度和指向精度受到严重影响，进而降低了星载敏感载荷工作性能(如成像质量等)。目前的研究一致认为飞轮等微振动扰动源成为制约高精度航天器平台发展的瓶颈，为了降低或消除这种微振动对高精度航天器平台的影响，必须对微振动信号进行采集和处理，分析微振动产生机理，获取微振动传递规律，并研究对应的微振动控制方法。在已实施微振动控制的航天器平台上，也有必要进行在轨的微振动数据采集，传输到地面开展微振动数据的离线分析及振动控制性能评估。因此，微振动信号采集与传输是验证航天器结构设计与微振动控制的必要途径。

当前航天用微振动采集装置多采用集中式采集管理方案，即采用1个独立的采集处理单机驱动多路模拟接口的微振动传感器方案。采集处理单机实现多路传感器的驱动、信号调理、采集、处理、存储和传输功能，微振动传感器多采用模拟信号接口的变电容式加速度传感器方案，如PCB352A21、BK4517等，备选传感器型号多，成本低，使用灵活。但此类方案存在的不足包括：1)需要研制独立的采集/存储/传输单机，从而显著增加卫星重量和功耗，而微小卫星对质量和功耗及其敏感，会直接影响整星的性能。2)信号变换和信号采集分离。模拟式的加速度传感器内部仅实现简单的机电信号转换，信号微弱，且需经过电缆传输到采集处理单机后再采集处理，在弱信号的传输过程中极易受到各类噪声干扰和污染，导致难以满足微振动信号采集的10^-5g精度要求，或者为保证精度而导致体积、功耗等成本剧增，经济性差。3)减小或消除温漂影响需增加额外的测温设备，增加额外的测温信号传输通道，增加总装难度，且测温点和微振动测量器件很难严格布置在同一位置，减弱温度补偿的效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有微振动信号采集系统难以满足微小卫星对减重降耗和采集精度要求的问题，提供一种分布式微小卫星微振动信号采集系统及其应用方法，旨在解决微小卫星在轨运行下对微振动信号的高精度测量和可靠下传，同时额外提供卫星热控分系统所需的测温功能。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种分布式微小卫星微振动信号采集系统，包括分布式数字微振动采集阵列、电源控制分配单机、星载计算机以及数据传输分系统，所述分布式数字微振动采集阵列包括分别安装在卫星不同振动传递路径上的多个微振动采集模块，所述微振动采集模块的供电端与电源控制分配单机的输出端相连、输出端与星载计算机相连，所述电源控制分配单机的输入端与星上一次电源相连，所述星载计算机通过总线分别与电源控制分配单机的控制端、数据传输分系统相连。

可选地，所述微振动采集模块为MEMS器件，且该MEMS器件中集成了加速度敏感器件和采集调理电路，所述加速度敏感器件的输出端通过采集调理电路与星载计算机相连。

可选地，所述加速度敏感器件为梳齿电容差分结构。

可选地，所述采集调理电路包括串联连接的电容/电压转换电路和模数转换电路。