一种AMU一体式姿态测量系统技术方案

本发明专利技术提供了一种AMU一体式姿态测量系统，包含电源模块，光电转换模块、上位机通讯模块、10轴惯性导航模块、A/D采集模块和CPU模块，其中上位机通讯模块、10轴惯性导航模块、A/D采集模块与CPU模块电性连接，所述测量系统包含2个光电转换模块，每个都有4路转换通道，可同时转换8路入射太阳光信号并转换为电信号，所述上位机通讯模块与CPU模块电性连接，每隔30ms自发地向上位机传输测量结果，所有通讯模块均采用光耦隔离方式与上位机进行通讯，该测量系统相对于现有的卫星姿态测量系统的测试方法，大大缩短了生产周期，降低了成本，节省了功耗，通用性好，体积小，测量精度高，可靠性高，模块化程度高，有利于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种AMU一体式姿态测量系统
本专利技术涉及航天器姿态测量系统的
，具体为一种AMU一体式姿态测量系统。
技术介绍
航天技术是基础科学和技术科学的集成，航天技术是一门综合性的工程技术，由多种技术融于一体的航天系统是现代高技术的复杂大系统，不仅规模庞大，技术高新尖端，而且人力物力耗费巨大，工程周期长。目前，航天器上用的姿态敏感器有3轴磁强计、太阳敏感器、地平仪以及星敏感器，基于这些矢量观测来确定姿态。为了满足航天使用要求，需提高卫星平台关键测量单机的性能。单纯依靠矢量观测进行姿态解算要求参考矢量足够精确，由于敏感期的失准误差、测量误差等因素影响，往往难以满足高精度的要求。
技术实现思路
基于上述目的，本专利技术提供一种AMU一体式姿态测量系统，用于解决现有技术中测量系统重量大、体积大和功耗大，并且生产成本高的问题。AMU采用多芯片系统封装集成SIP技术，SIP技术改变了传统基于印制板的电路设计模式，使系统更紧凑、性能更好。通过这种技术可以设计出国产SIP单片集成的AMU一体式姿态测量，极大地提高了系统的可靠性、减少了成本。改变现有航天器姿态的测量模式，使航天器具有高可靠性、高精度、高速、高机动的性能，从而在空间环境中具有极好的适应性和生存能力。具体地，本专利技术提供的一种AMU一体式姿态测量系统，包含电源模块、光电转换模块、上位机通讯模块、10轴惯性导航模块和A/D采集模块。进一步地，所述的光电转换模块每一个都有4路转换通道，可同时转换4路入射太阳光信号并转换为电信号，本专利技术的AMU一体式姿态测量系统选用2个光电转换模块，可同时进行8路太阳入射光线信号采集。进一步地，所述测量系统还包含CPU模块，10轴惯性导航模块与CPU模块电性连接，10轴惯性导航模块包含X、Y、Z3轴16位陀螺仪采集模块、3轴16位加速度采集模块和3轴16位磁强计采集模块。进一步地，所述的A/D信号采集模块与CPU模块电性连接。进一步地，所述的上位机通讯模块与CPU模块电性连接，每隔30ms自发地向上位机传输测量结果，所有通讯模块均采用光耦隔离方式与上位机进行通讯，所述通讯模块有多种可选择接口方式。进一步地，所述的接口方式选择RS422、SPI、I2C、UART、CAN中的一种。本专利技术提供的一种AMU一体式姿态测量系统，当航天器处于太阳光照射范围内时，太阳光在某一特定入射角照射敏感器，光电转换模块开始工作，我们可以用测量出太阳矢量即入射角和方位角的方法对航天器定姿；当航天器不在太阳光照射范围内时，我们可以依据10轴惯性导航模块中的3轴16位陀螺仪传感器、3轴16位加速度计以及3轴16位磁强计传感器的测量值，计算欧拉角(即偏航角、俯仰角以及横滚角)，对航天器定姿。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果或者优点：本专利技术提供了一种AMU一体式姿态测量系统，包括电源模块，光电转换模块、上位机模块，10轴惯性导航模块和A/D采集模块，相对于现有的卫星姿态测量系统的测试方法，大大缩短了生产周期，降低了成本，节省了功耗，通用性好，体积小，测量精度高，可靠性高，模块化程度高，有利于大规模生产。附图说明图1为本专利技术总框架示意图图2为电源模块电路示意图图3为光电转换电路图图4为10轴惯性导航模块电路图图5为磁强计灵敏度轴的方向图图6为灵敏度轴方向和旋转极性图具体实施方式下面，结合附图对本专利技术的技术方案进行说明，但是，本专利技术并不限于下述的实施方法。根据图1所示，一种AMU一体式姿态测量系统，包括电源模块，光电转换模块、上位机模块，10轴惯性导航模块和A/D采集模块。所述A/D采集模块与CPU模块电性连接；所述10轴惯性导航模块与CPU模块电性连接，其中10轴惯性导航模块包括X、Y、Z3轴16位陀螺仪电性连接，3轴16位加速度典型连接以及3轴16位磁强计电性连接以及1轴气压电性连接；所述A/D信号采集模块与CPU模块电性连接；所述的上位机通讯模块与CPU模块电性连接，每隔30ms自发地向上位机传输测量结果，通讯模块有多种可选择的接口方式，具体选择RS422、SPI、I2C、UART和CAN中的一种。电源模块采用德州仪器TI的电源管理芯片TPS63系列，它输入电压范围为1.8V～5.5V，输出电压为3.3V的DC-DC转化模块，输出电流1.8A，工作温度范围-40℃～+85℃，封装为QFN3×3，器件参数选型方便，成本较低，布局灵活，质量稳定耐高温，具有过压欠压保护。CPU芯片选用STM32F1系列,它使用高性能的ARMCoretx-TM-M332位RISC内核，最高72MHz工作频率，内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口和链接到两条APB总线得外设，工作温度范围为-40℃～105℃，供电电压为2V～3.6V，一系列的省电模式可以保证低功耗的要求。10轴惯性导航模块选用Invense的ICM系列,它内部集成有3轴陀螺仪传感器、3轴加速度传感器以及3轴磁强计传感器，ICM20948由2个裸片构成，QFN封装(3×3×1mm),拥有很强的性能和很低的功耗，内置数字运动处理引擎，可减少复杂的融合演算数据，减轻处理器的负荷，精度更高，内置温度传感器可进行温度补偿，一个裸片集成加速度计和DMP，另一个裸片集成3轴磁力计，均有512字节FIFO，运行时校准功能以及增强的FSYNC功能，可改善类似视频防抖应用的时序。陀螺仪可编程量程范围为：±250dps,±500dps，±1000dps，±2000dps；加速度计可编程量程范围为：±2g，±4g，±8g，±16g；磁强计的量程范围为：±4900Μt；内嵌温度传感器和可编程中断，设备功能接口有SPI和I2C，VDD操作电压范围从1.7V～3.6V及一个独立的数字I/O供电从1.71V～1.95V，与设备上的寄存器通过高达标准100KHZ或快速400KhZ的I2C或者高达7MHZ的SPI接口。光电转换模块，主要完成太阳光线入射角以及方位角的测量。光电转换传感器选用日本滨松的硅光电转换二极管，感光面积达5×5mm光频响应范围320～1100nm，峰值灵敏度波长960nm，灵敏度为0.72A/W，暗电流2000PA。工作温度范围达-40℃～+100℃，存储温度范围-40℃～+125℃，体积小功耗低。目前有5种可选择的光耦隔离通讯接口，分别是：CAN、RS422、I2C、SPI、UART，每种接口有自己的特点，分别如下所述：RS422采用4线通讯，全双工差分传输，它采用平衡传输，采用单向非可逆，采用单独的发送和接收通道，因此不需要控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件握手方式或一对单独双绞线的硬件方式。其次，RS422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗，终接电阻接在传输电缆的最远端。CAN总线是ISO国际标准化的串行通讯总线，属于现场总线范畴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种AMU一体式姿态测量系统，其特征在于，包含电源模块，光电转换模块、上位机通讯模块、10轴惯性导航模块和A/D采集模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种AMU一体式姿态测量系统，其特征在于，包含电源模块，光电转换模块、上位机通讯模块、10轴惯性导航模块和A/D采集模块。


2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统包含2个光电转换模块，每个都有4路转换通道，可同时转换8路入射太阳光信号并转换为电信号。


3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，还包括CPU模块，所述的10轴惯性导航模块、A/D采集模块与CPU模块电性连接。


4.根据权利要求3所述的测量系...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛国粮，蒲灵娟，于晓洲，胡鑫，白瑞雪，
申请(专利权)人：星众空间北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11