[发明专利]航天器同轨同速模拟运动平台中的无线通信控制系统

说明书

技术领域

本发明属于航天技术领域，具体涉及利用无线模块与单片机技术实现航天器同轨同速地面模拟运动平台的通信控制。 

背景技术

空间航天器围绕地球进行轨道飞行时受到的地球重力与离心力几乎平衡，但在实际的航天飞行中航天器还会受到一些外力作用，例如，在地球附近有残余大气的阻力、太阳光的压力、进入有大气的行星时也有大气对它的作用力、飞行器姿态的调整及仪器设备的运行产生的作用力，任何微细扰动都将造成重力加速度的改变。这种加速度通常只有地面重力加速度的万分之一或更小，为了与正常的重力对比，我们就把这种微加速度现象叫做“微重力”。正是这种深层空间的微重力环境加上控制方案的实施，才能使得航天器在空间达到同轨同速运行，即航天器在相同的轨道上以相同的速度进行运动，进而完成预定的空间合作任务。但是直接进行微重力环境实验耗资巨大，中国发展深层空间研究必须基于我国航天技术的水平和国家经济的承受能力，需要加强规划，统筹安排地面研究，只有地面研究充分的项目再考虑空间实验。为了在地面完成这类实验，可以通过地面同轨同速的运动平台来模拟微重力环境下的航天器同轨同速运动，这样既是经济的，也是可行的。 

航天器在这种微重力环境下实现同轨同速运行并完成各种任务通常还需装备有传感器、通信工具、服务器、局域网以及其他环境识别工具。其中通信是不可或缺的一部分，敏感器产生的数据脉冲必须传送给数字计算机；从控制中心发出的指令必须传送给遥控操作部件，才能实现全自动控制。这与期望运动特性的确定和优化互相联系，不可分割。自19世纪末电磁波的发现以来，无线通信的发展可说是日新月异，不论是在军事或商业用途、人们的日常生活里几乎都已经跟无线通信密切相关。近年来，随着科技的发展和网络的延伸，人们在任何时间、任何地点对信息进行访问和处理的愿望正逐渐地成为现实，无线通信技术已经成为通信的重要手段。同样，无线通信技术在航天器实现空间活动中也发挥着巨大的作用。 

单片机是一种在单硅片上集成微型计算机主要功能部件的集成芯片，其内部集成了中央处理器(CPU)、随机数据存储器(RAM)、只读程序存储器(ROM)、定时器/计数器、输入/输出(I/O)接口电路和串行通信接口等主要功能部件。可以毫不夸张地说，单片机相当于一个完整的微型计算机系统。单片机以其具有体积小、价格低、硬件资源丰富、运算速度快、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于工业控制的各行各业中，极大地推动着现代控制系统的发展。由于单片机具有多个定时器/计数器，通过编程可以很方便地产生各种所需要的脉冲序列。这些脉冲序列通过外围设备进行放大后，即可以用于电机驱动，实现PWM控制。另外，单片机具有丰富的I/O资源，可以实时监控电机的运行状态，形成闭环控制系统，从 而提高了控制精度。 

本发明就是针对航天器在微重力环境下的运行情况，基于单片机技术的PTR2000无线收发模块在航天器同轨同速地面模拟运动平台中的应用，提出了一套具体的无线通信控制系统的实现方案和相应的软件编制方法。 

发明内容

本发明的目的在于结合无线通信与单片机等相关技术，实现地面模拟平台中航天器的同轨同速运动，该方法实时性好且精度较高。 

本发明的航天器同轨同速模拟运动平台中的单片机无线通信系统，是上位机将实现航天器同轨同速运动参数转换成电机控制指令通过计算机串口和基于PTR2000模块组成的无线通信模块传递到嵌入式电机驱动电路中的AT89S52单片机中，由单片机解读出电机控制信号的内容，并将其发送到基于TA8435H芯片的电机驱动控制电路，驱动各个电机进行相应的动作，进行被控对象位置和姿态的调整，从而控制航天器完成同轨同速运动。为达到上述目的本发明的技术方案具体是这样实现的： 

1.无线通信控制系统构成； 

2.硬件设计； 

3.选择工作模式； 

4.制定通信协议及校验； 

5.软件设计； 

6.利用单片机实施运动控制。 

本发明有以下一些技术特征： 

(1)步骤1所述的无线通信控制系统是由控制终端和现场执行模块端两部分构成的； 

(2)步骤1所述的PTR2000无线通信控制模块是利用串口进行单片机和微机之间数据传输； 

(3)步骤2所述的系统硬件有无线收发芯片、单片机(如AT89S52或其他类型)、MAX232、PC计算机或其它交互设备； 

(4)步骤4所述通信协议制定时使用的数据帧的内容包括起始字节、数据字节、校验和字节、结束字节；