上海天文台人卫激光测距的机控制系统
上海天文台人卫激光测距的机控制系统
作者:章建华
提要
本文介绍了上海天文台第三代人造卫星激光测距的PC计算机控制系统的功能及实际使用效果。
一、引言
上海天文台第三代人造卫星测距系统原有的040计算机控制系统(280CPU, 64k内存),由于受到主机功能的限制,操作复杂,工作擞大,效率较低.为此,上海天文台在国家地震局地震研究所的协助下,用一台IBMPC机取代了原来的040计算机控制系统,该 系统跟踪和控制部分的设计充分地利用了微机本身的硬件资源,并用大规模可编程集成器件,将原来分散在几个仪器中的实时历元钟、距离门控制器、数据采集控制器、激光发射控制器、控制时序等集中安装在一块扩展板上,直接插入PC机机箱的扩充槽内,缩小系统体积,结构紧凑,可靠性也得到了提高。在跟踪过程中,方位高度、测距值距离门门控等都以数显形式在计算机屏幕上实时显示。
在这基础上,我们对伺服系统作了进一步改进,专门制作一块DAC功能扩展板以提高系统的动态性能,主要解决扩大动态范围及快速跟踪稳定性问题,同时增加了自动搜索以及卫星实测的 o-c 图示等功能, 使系统得到进一步完善, 观测效率进一步得到提高。
二、 控制及数据采集系统
系统的核心是一台IBM PC/XT-286, 12MHz主频, 640k内存, 并配有一个20MB的 硬盘, 另外安装一块用于控制及数据采集的扩展功能板以及一块DAC扩展板。 系统框图如 图1所示。 主机通过扩展接口, 控制激光发射, 经数据采集接口板采集来自望远镜码盘的方 位 高度的数据, 以及5370B计数器的测距值, 根据方位、高度误差通过调节器进行补偿,同时, 为了提高DAC输出分辨率, 采用12位DAC转换器输出。
三、DAC功能扩展
由于数字微处理系统对高灵敏模拟电路存在于扰,为此,我们使用三态数据缓冲器(74LS 36774LS245)将系统中所有的DAC与数据总线及控制线进行隔离,这个隔离线路和转换模拟输出的译码硬件.为了减小转换器数据输入端阻抗,在缓冲输出端加上拉电阻.该卡的特点是转换器选通脉冲是由数字控制的,这样就能借助于传送字来迅速更新任何模拟输出端的组合。
四、软件功能
1.主程序
程序根据所选的星及时间读取相应的数据文件,关闭除键盘中断外的所有中断,设置历元时并与钟房秒信号同步,待同步后打开IRQl、IRQ2、IRQ7中断,开始跟踪。
2.操作控制软件
占用系统板上的IRQl中断,是整个软件系统的最高级中断,主要有以下功能:
.时间偏差修正,
.方位、高度的修正,
.距离门、门宽控制,
.控制搜索的切换,
· 激光发射频率控制,
.变换比例尺.
3.跟踪软件
占用IRQ7中断,以沥ms的周期进行中断.中断服务程序如图4,该中断首先读取当前时刻,以内插的方式实时预报卫星的位置,并经PIO调节控制,使望远镜跟踪稳定。同 时在踪跟过程中,计算机能按照某种规定的方式对目标进行自动扫描搜索.这样可以提高对 目标的捕捉能力。
4.数据的采集及实时处理
占用PC机的IRQ2中断,进行中断处理。主要功能如下:
.采集激光发射时刻、望远镜的方位、高度及HP5370 B计数器的测距值,
.求观测值及计算值的差(0-C),
.距离门判别,剔除明显的噪声。
5. 数据信息的显示与记录
该实时跟踪软件的一大特点是采用数字显示与图形显示同时在一屏幕上分窗口实时显示, 使整个跟踪过程中信息得到比较全面的反映, 并且由千卫星实测距离的(0-C)图示的出现, 使实测结果更为直观, 使观测者可以很方便、 有效地从大噪声的测昼数据中识别信号, 从而通过适当调整距离门控制值提高命中率。 图6是实测卫星时的屏幕信息。 上半窗口主要 显示历元时、 方位(AZ) 、 高度(HI) 、 及其相应的修正量t,.A、 t,.H和高度、 方位的0-C 值, 测距值RAN及其与计算值之差(0-C), 距离门t-,.R和门宽GW等。 下半窗口即卫星实 测距离的(0-C)图, 各时刻的0-C值根据时间序列依次沿纵向排列。
四、结论
上海天文台第三代人卫激光测距系统经上述改造后, 测距能力及效率均得到提高IIJ , 目前不仅可以进行低高度、 全地影观测, 而且配合其它技术上的改进(窄带滤光片的应用等)成功地进行晨昏蒙影下的观测, 目前最远可测到二万公里处的卫星(ETALON一1及 ETALON-2), 图7为实测ETALON的0文图.
在整个系统改进过程中, 激光组的同志给了很大帮助, 尤其是杨福民同志, 提出了许多宝贵的建议, 使工作得以顺利进行, 在此表示衷心感谢。
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