可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件及其演示方法
專利匯可以提供可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件及其演示方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開了一種可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件及其演示方法，套件包括一單元衛(wèi)星本體、地面演示終端及實(shí)現(xiàn)兩者交互的Lora無線通信模 塊 。演示終端發(fā)送上行控制指令，衛(wèi)星收到不同指令后選擇不同動(dòng)作執(zhí)行并下行返回?cái)?shù)據(jù)信息；用戶通過相應(yīng)上行指令調(diào)整更改衛(wèi)星運(yùn)行情況、獲取衛(wèi)星采集到的數(shù)據(jù)信息。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)立方星的功能測試，包括氣壓測量、通信、 定位 、圖像獲取、衛(wèi)星的 姿態(tài) 測量及調(diào)整等，也可用于衛(wèi)星的設(shè)計(jì)裝配、集成與測試， 軟件 編程、 硬件 系統(tǒng)開發(fā)和衛(wèi)星地面測控，適用于對(duì)各種層次的人員培訓(xùn)和針對(duì)立方星進(jìn)行學(xué)習(xí)以及調(diào)試時(shí)使用。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)完整、演示功能全面和直觀等優(yōu)勢，可適用于航天工程專業(yè)教育。，下面是可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件及其演示方法專利的具體信息內(nèi)容。
1.可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件，其特征在于，包括一單元衛(wèi)星本體、Lora無線通信模塊和地面演示終端；
所述一單元衛(wèi)星本體包括典型的航天器子系統(tǒng)，為立方框架結(jié)構(gòu)，框架內(nèi)設(shè)置：星務(wù)計(jì)算機(jī)主控模塊，用于接收地面演示終端傳來的指令，對(duì)一單元衛(wèi)星本體執(zhí)行相應(yīng)的操作，并處理采集到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)；姿態(tài)信息采集模塊，用于采集一單元衛(wèi)星本體的姿態(tài)信息；姿態(tài)控制模塊，用于控制一單元衛(wèi)星本體的姿態(tài)；GPS定位模塊，用于采集一單元衛(wèi)星本體的位置信息；載荷模塊，用于模擬衛(wèi)星太空拍照；電源模塊，用于為其他模塊供電；自上電模塊，用于控制所述電源模塊為立方星上電；
Lora無線通信模塊，用于實(shí)現(xiàn)一單元衛(wèi)星本體與地面演示終端的信息交互。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件，其特征在于，所述自上電模塊包括氣壓計(jì)單元、數(shù)據(jù)處理控制單元、開關(guān)電路單元；
氣壓計(jì)單元，用于采集一單元衛(wèi)星本體所處環(huán)境的氣壓和溫度，并將采集的信息傳輸至星務(wù)計(jì)算機(jī)主控模塊和數(shù)據(jù)處理控制單元；
數(shù)據(jù)處理控制單元，用于處理氣壓計(jì)單元采集的氣壓值，并根據(jù)氣壓值輸出使能信號(hào)以控制開關(guān)電路單元工作；
開關(guān)電路單元，用于控制所述電源模塊為立方星上電；
所述自上電模塊的上電過程包括：
1)由數(shù)據(jù)處理控制單元采集一單元衛(wèi)星本體所在空間的氣壓值P1；
2)延遲時(shí)長t后，由數(shù)據(jù)處理控制單元采集一單元衛(wèi)星本體所在空間的氣壓值P2；
3)計(jì)算P1與P2差值的絕對(duì)值ξ，并判斷ξ與預(yù)設(shè)的氣壓變化閾值e的大小關(guān)系，若ξ＜e，則延遲時(shí)長t后，由數(shù)據(jù)處理控制單元采集新的氣壓值并記為氣壓值P2，將原來的氣壓值P2記為氣壓值P1，且令N＝0，之后重復(fù)本步驟；反之，令N遞增1，并將氣壓值P2記為氣壓值P1，執(zhí)行4)；
4)判斷N與次數(shù)閾值n的關(guān)系，若N大于等于n，則數(shù)據(jù)處理控制單元輸出使能信號(hào)使開關(guān)電路單元工作，母線電壓通過電源模塊的輸入端供給電源模塊為一單元衛(wèi)星本體上電，且數(shù)據(jù)處理控制單元待機(jī)，開關(guān)電路單元的使能信號(hào)通過電源模塊的輸出端提供，在此過程中若一單元衛(wèi)星本體意外斷電，返回執(zhí)行上述1)，重新為一單元衛(wèi)星本體上電；反之返回上述2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件，其特征在于，所述氣壓計(jì)單元包括兩個(gè)氣壓計(jì)，其中兩個(gè)氣壓計(jì)為主備關(guān)系，當(dāng)主氣壓計(jì)工作異常時(shí)由備氣壓計(jì)繼續(xù)工作；
所述數(shù)據(jù)處理控制單元包括微處理器；
所述開關(guān)電路單元包括第一P通道MOS管(Q1)、第二P通道MOS管(Q2)、N通道MOS管(Q3)、二極管(D1)、第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第四電阻(R4)、第一電容(C1)、第二電容(C2)；所述兩個(gè)P通道MOS管的S極均連接蓄電池的正極即母線電壓，兩個(gè)P通道MOS管的G極均連接N通道MOS管(Q3)的D極，兩個(gè)P通道MOS管的D極均連接電源模塊的輸入端以及第一電容(C1)的一端，第一電容(C1)的另一端接地；第二P通道MOS管(Q2)的S極和G極之間連接第一電阻(R1)；N通道MOS管(Q3)的G極與第二電阻(R2)的一端、第三電阻(R3)的一端相連，第三電阻(R3)的另一端接地，第二電阻(R2)的另一端與數(shù)據(jù)處理控制單元的輸出端、第四電阻(R4)的一端相連，第四電阻(R4)的另一端與第二電容(C2)的一端、二極管(D1)的負(fù)極相連，第二電容(C2)的另一端接地，二極管(D1)的正極與電源模塊的輸出端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件，其特征在于，所述電源模塊包括太陽能電池陣、蓄電池組、AD轉(zhuǎn)換模塊和能源控制模塊；太陽能電池陣、蓄電池組均用于為一單元衛(wèi)星本體供電；AD轉(zhuǎn)換模塊用于將電流、電壓以及溫度信息通過SPI總線傳輸至星務(wù)計(jì)算機(jī)主控模塊，之后由星務(wù)計(jì)算機(jī)主控模塊判斷是否出現(xiàn)蓄電池組過充、母線過壓狀態(tài)；電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于將母線電壓轉(zhuǎn)換為一單元衛(wèi)星本體所需電壓；其中，能源控制模塊包括功率調(diào)節(jié)單元、分流單元以及欠壓鎖存單元；功率調(diào)節(jié)單元串聯(lián)于太陽能電池陣與蓄電池組之間，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能最大功率點(diǎn)的追蹤；分流單元并聯(lián)于太陽能電池陣與蓄電池組之間，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的過充保護(hù)以及母線過壓保護(hù)；欠壓鎖存單元，用于在一單元衛(wèi)星本體電量降到預(yù)設(shè)低閾值時(shí)切斷母線，以使一單元衛(wèi)星本體斷電；
所述姿態(tài)信息采集模塊包括六軸傳感器與磁強(qiáng)計(jì)敏感器；六軸傳感器用于測量一單元衛(wèi)星本體的姿態(tài)數(shù)據(jù)并傳輸至星務(wù)計(jì)算機(jī)主控模塊進(jìn)行處理，磁強(qiáng)計(jì)敏感器用于測量一單元衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的磁場強(qiáng)度和方向；
所述姿態(tài)控制模塊包括動(dòng)量輪模塊及兩個(gè)磁矩棒；星務(wù)計(jì)算機(jī)主控模塊將六軸傳感器傳回的衛(wèi)星姿態(tài)通過Lora無線通信模塊下行數(shù)據(jù)給地面演示終端，地面演示終端根據(jù)衛(wèi)星當(dāng)前的姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過Lora無線通信模塊上行指令給星務(wù)計(jì)算機(jī)主控模塊，星務(wù)計(jì)算機(jī)主控模塊控制動(dòng)量輪模塊及兩個(gè)磁矩棒實(shí)施具體指令模擬衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整的過程；
所述載荷模塊包括相機(jī)模塊和Micro?SD卡內(nèi)存存儲(chǔ)模塊，相機(jī)模塊拍攝照片并將圖片自動(dòng)發(fā)送存儲(chǔ)至Micro?SD卡內(nèi)存存儲(chǔ)模塊；
所述Lora無線通信模塊包括外圍電路單元與Lora無線通信模塊內(nèi)部電路單元；所述外圍電路單元包括電壓轉(zhuǎn)換單元、復(fù)位單元、收發(fā)器單元、時(shí)鐘單元、濾波單元、第一LED指示燈單元和第二LED指示燈單元；電壓轉(zhuǎn)換單元用于轉(zhuǎn)換電壓后給Lora無線通信模塊供電；復(fù)位單元用于對(duì)Lora無線通信模塊進(jìn)行復(fù)位重啟；收發(fā)器單元用于實(shí)現(xiàn)Lora無線通信模塊數(shù)據(jù)接收；第一LED指示燈單元用于在Lora無線通信模塊進(jìn)行信息收發(fā)時(shí)進(jìn)行閃爍；第二LED指示燈單元用于在Lora無線通信模塊進(jìn)行復(fù)位時(shí)亮起；所述Lora通信模塊內(nèi)部電路單元包括電源單元、復(fù)位時(shí)鐘單元、射頻單元和外部接口單元；電源單元用于保證供電的穩(wěn)定性；
外部接口單元用于引出內(nèi)部芯片IO引腳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件，其特征在于，所述一單元衛(wèi)星本體包括若干功能測試接口，用戶對(duì)衛(wèi)星部分或整體功能進(jìn)行的自主設(shè)計(jì)，可以通過上述接口進(jìn)行測試與調(diào)試。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件，其特征在于，該套件的結(jié)構(gòu)具體包括：兩個(gè)衛(wèi)星立方體框架(4)、三個(gè)太陽能電池陣體裝板(3)、一個(gè)有機(jī)玻璃材質(zhì)的壁板(9)、位于兩個(gè)衛(wèi)星立方體框架(4)內(nèi)部的姿控板(5)、星務(wù)計(jì)算機(jī)板(6)和電源板(7)，所述兩個(gè)衛(wèi)星立方體框架(4)固定對(duì)接從而在周向形成四個(gè)安裝面，三個(gè)太陽能電池陣體裝板(3)和一個(gè)有機(jī)玻璃材質(zhì)的壁板(9)分別固定安裝于所述四個(gè)安裝面上，姿控板(5)和電源板(7)分別與星務(wù)計(jì)算機(jī)板(6)通信連接；
所述姿控板(5)包括姿控基板(8)和安裝于所述姿控基板上的六軸傳感器與磁強(qiáng)計(jì)敏感器的集成模塊(15)，動(dòng)量輪模塊(17)，兩個(gè)磁矩棒(12)；所述星務(wù)計(jì)算機(jī)板(6)包括星務(wù)計(jì)算機(jī)基板(34)和安裝于所述星務(wù)計(jì)算機(jī)基板上的星務(wù)計(jì)算機(jī)主控模塊(19)、Lora無線通信模塊及天線(23)、GPS定位模塊(20)、相機(jī)模塊(26)和Micro?SD卡內(nèi)存存儲(chǔ)模塊(22)；所述電源板(7)包括電源基板(35)和安裝于所述電源基板上的蓄電池組(30)、電壓轉(zhuǎn)換模塊(33)和自上電模塊(31)；
還包括四根螺紋桿(10)和多個(gè)立柱(11)，所述兩個(gè)衛(wèi)星立方體框架(4)的頂部和底部各設(shè)置有四個(gè)螺紋孔(2)，所述四根螺紋桿(10)穿過頂部的螺紋孔(2)、姿控板(5)、星務(wù)計(jì)算機(jī)板(6)、電源板(7)和底部的螺紋孔(2)設(shè)置，所述姿控板(5)、星務(wù)計(jì)算機(jī)板(6)和電源板(7)之間的螺紋桿(10)的外部均套設(shè)有立柱(11)；
還包括有機(jī)玻璃頂板(1)，所述有機(jī)玻璃頂板(1)位于所述兩個(gè)衛(wèi)星立方體框架(4)的頂部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件，其特征在于，所述姿控板(5)還包括安裝于姿控基板上的第一PC104排座(16)、第一LED燈(13)和Molex接口(14)；
所述星務(wù)計(jì)算機(jī)板(6)還包括安裝于星務(wù)計(jì)算機(jī)基板上的第二PC104排座(36)、I2C總線接口(18)、第一USART串口(21)、Micro?SD卡內(nèi)存存儲(chǔ)模塊(22)、SPI接口(24)、第二LED燈(25)和DEBUG測試接口(27)；
所述電源板(7)還包括安裝于電源基板上的第三PC104排座(37)、蓄電池充電接口(28)、第二USART串口(29)、AD轉(zhuǎn)換模塊(32)；
所述姿控板(5)、星務(wù)計(jì)算機(jī)板(6)和電源板(7)自上而下依次設(shè)置，所述四根螺紋桿(10)穿過有機(jī)玻璃頂板(1)設(shè)置且在所述姿控板(5)與所述有機(jī)玻璃頂板(1)之間的螺紋桿(10)的外部均套設(shè)有立柱(11)；
所述有機(jī)玻璃材質(zhì)的壁板(9)正對(duì)相機(jī)模塊(26)設(shè)置。
8.基于權(quán)利要求1至7任意一項(xiàng)所述的可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件的演示方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容：
地面演示終端通過Lora無線通信模塊與一單元衛(wèi)星本體建立數(shù)據(jù)線路連接，進(jìn)行無線通信；
地面演示終端發(fā)送上行控制指令，指導(dǎo)一單元衛(wèi)星本體工作，衛(wèi)星收到不同指令后選擇不同動(dòng)作執(zhí)行并下行返回相應(yīng)數(shù)據(jù)信息，之后由地面演示終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析；
用戶結(jié)合返回的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)實(shí)際需求通過相應(yīng)上行指令調(diào)整更改衛(wèi)星運(yùn)行情況、獲取衛(wèi)星采集到的數(shù)據(jù)信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件的演示方法，其特征在于，所述上行控制指令包括無參指令和有參指令；其中，無參指令長為5字節(jié)，包括遙測指令、GPS指令、六軸傳感器指令、磁強(qiáng)計(jì)敏感器指令、氣壓計(jì)指令、拍照指令、動(dòng)量輪開始與停止指令、姿控穩(wěn)定指令、磁卸載指令；含參指令包括更改動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速指令、磁力矩器指令、下行指定相片數(shù)據(jù)指令、定向指令；更改動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速指令的參數(shù)包括調(diào)整動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速的具體數(shù)值；磁力矩器指令的參數(shù)包括磁力矩大??；下行指定相片數(shù)據(jù)的參數(shù)包括所要求下行相片的代號(hào)；定向指令的參數(shù)包括衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)到的角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件的演示方法，其特征在于，所述地面演示終端發(fā)送上行控制指令，指導(dǎo)一單元衛(wèi)星本體工作，衛(wèi)星收到不同指令后選擇不同動(dòng)作執(zhí)行并下行返回相應(yīng)數(shù)據(jù)信息，包括：
衛(wèi)星收到遙測指令，將執(zhí)行下行星上狀態(tài)數(shù)據(jù)，下行返回衛(wèi)星星上原始數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星光電壓、光電流、母線電壓、母線電流、Lora無線通信模塊的電壓、Lora無線通信模塊的電流；
衛(wèi)星收到GPS指令，由GPS定位模塊采集一單元衛(wèi)星本體的位置信息，下行返回GPS數(shù)據(jù)，包括一單元衛(wèi)星本體的經(jīng)緯度信息、軌道高度、星上UTC時(shí)間；
衛(wèi)星收到六軸傳感器指令，由六軸傳感器采集一單元衛(wèi)星本體的姿態(tài)信息，下行返回六軸傳感器數(shù)據(jù)，包括一單元衛(wèi)星本體的XYZ三軸加速度以及三軸角加速度；
衛(wèi)星收到磁強(qiáng)計(jì)敏感器指令，由磁強(qiáng)計(jì)敏感器采集一單元衛(wèi)星本體周圍的磁場信息，下行返回磁強(qiáng)計(jì)敏感器數(shù)據(jù)，包括一單元衛(wèi)星本體的三軸磁場大??；
衛(wèi)星收到氣壓計(jì)指令，由氣壓計(jì)測量一單元衛(wèi)星本體所處環(huán)境信息，下行返回氣壓計(jì)數(shù)據(jù)，包括一單元衛(wèi)星本體所處環(huán)境氣壓和溫度；
衛(wèi)星收到拍照指令，由相機(jī)模塊進(jìn)行拍照，并將拍攝照片自動(dòng)儲(chǔ)存在Micro?SD卡內(nèi)存存儲(chǔ)模塊中，下行返回相片信息數(shù)據(jù)，包括相片的名稱代號(hào)與相片大??；
衛(wèi)星收到動(dòng)量輪開始指令，動(dòng)量輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)；
衛(wèi)星收到動(dòng)量輪停止指令，動(dòng)量輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)；
衛(wèi)星收到更改動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速指令，動(dòng)量輪以指令參數(shù)中設(shè)定的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；
衛(wèi)星收到磁力矩器指令，磁矩棒的磁矩變?yōu)橹噶顓?shù)中設(shè)定的磁力矩大?。?br/>衛(wèi)星收到下行指定相片數(shù)據(jù)指令，衛(wèi)星將指定相片數(shù)據(jù)分包傳輸下行；
衛(wèi)星收到姿控穩(wěn)定指令，衛(wèi)星達(dá)到姿態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)；
衛(wèi)星收到磁卸載指令，可利用磁鐵模擬地磁場對(duì)動(dòng)量輪進(jìn)行卸載，所述卸載是指動(dòng)量輪達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)速；
衛(wèi)星收到定向指令，衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)到所設(shè)定的角度。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件的演示方法，其特征在于，所述由地面演示終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析具體為：
針對(duì)Lora無線通信模塊傳來的所有的衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)，以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為規(guī)范數(shù)據(jù)體格式；
針對(duì)衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)中的相片數(shù)據(jù)，衛(wèi)星將指定相片數(shù)據(jù)分包傳輸下行過程中，地面演示終端根據(jù)接收到的相片數(shù)據(jù)對(duì)長報(bào)文的丟包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和顯示，并根據(jù)接收數(shù)據(jù)的包序號(hào)NO來判斷是否存在丟包現(xiàn)象，進(jìn)行丟包檢測：如果丟包，會(huì)通知用戶具體丟包序號(hào)，用戶可以發(fā)送單包上行指令獲取丟包數(shù)，還可以發(fā)送下行指定序號(hào)數(shù)據(jù)包的上行指令來命令衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)包重發(fā)，判斷是否重復(fù)請求下行單包的依據(jù)是指定包是否被接收，地面演示終端同時(shí)會(huì)有相應(yīng)的顯示響應(yīng)。
可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)立方星功能的地面教育衛(wèi)星套件及其演示方法
技術(shù)領(lǐng)域
背景技術(shù)
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