[发明专利]小卫星姿态控制地面仿真装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星姿态控制系统测试领域，尤其涉及一种用于小卫星姿态控制系统测试的地面仿真装置。

背景技术

姿态控制系统是卫星设计中复杂度最高的子系统之一。在地面研制过程中，由于缺乏真实空间环境，姿态控制系统无法直接测试，只能进行仿真。卫星姿态控制系统仿真分为数学仿真、半物理仿真、全物理仿真三种。对于小卫星研制，基于气浮台的全物理仿真，由于成本过高，一般很少采用。数学仿真和半物理仿真是小卫星姿态控制系统的主要仿真手段。

数学仿真是一种通过计算机建模对系统进行定量研究实验的仿真方式。半物理仿真是一种在仿真中将控制系统的部分或全部硬件接入回路的闭路动态仿真实验。数学仿真经济、方便、灵活，半物理仿真则具有更高的置信度。目前，卫星姿态控制系统数学仿真通常采用PC机作为仿真计算机，同时采用Windows操作系统，以及Matlab、STK等专业仿真软件。半物理仿真则大都采用具有实时操作系统的专用仿真计算机，并需应用FORTAN、C、PASCAL等语言编写专用仿真软件。此外，半物理仿真还需要转台、目标(地球、太阳等)模拟器、激励装置、采集装置、接口装置等一系列设备支持。根据仿真测试的需求以及研制开发的成本，半物理仿真有无转台、单转台、多转台等多种仿真方式。各种方式所需的设备不同，组成的硬件结构不同，需要的软件功能也不一样。针对一种方式设计的半物理仿真装置，一般只适用于一种仿真方式，而且受限于仿真接口的结构和数量，往往只适用于一种型号卫星的测试。这种半物理仿真装置成本高、设计复杂、通用性差，适宜于型号固化的大卫星测试，但是对于设计灵活、成本有限的小卫星，不很适宜。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可适用于多种卫星型号的小卫星姿态控制地面仿真装置。

本发明解决其技术问题所采取的技术手段是：该小卫星姿态控制地面仿真装置，包括仿真支持模块和卫星受测模块，其特征是：所述仿真支持模块包括仿真计算机、嵌入式处理器和现场可编程门阵列，所述卫星受测模块包括姿控处理器、测量部件和执行部件，所述仿真计算机、嵌入式处理器和现场可编程门阵列依次相连，所述姿控处理器、各测量部件和各执行部件分别与现场可编程门阵列连接；其中，

所述仿真计算机包括：

用于接收、处理嵌入式处理器发送的控制力矩数据以得到关于小卫星的姿态信息和环境信息并发送给嵌入式处理器的数据处理装置；

所述嵌入式处理器包括：

用于控制该嵌入式处理器和仿真计算机实时工作的时序控制装置，

用于读取由现场可编程门阵列转接的关于各测量部件的采集数据并将该采集数据与姿态信息和环境信息进行处理得到各测量部件等效数据的等效数据生成装置，

用于接收、处理由现场可编程门阵列转接的姿控处理器发送的控制指令得到所述控制力矩数据的力矩采集装置；

所述现场可编程门阵列包括：

用于将等效数据生成装置发送的各测量部件等效数据进行存储并发送给姿控处理器的等效数据发送装置。

进一步地，本发明还包括环境模拟模块，该环境模拟模块包括转台和目标模拟器，所述测量部件固定在转台上，转台和目标模拟器分别与仿真计算机连接。

进一步地，本发明所述仿真计算机还包括对数据处理装置发送的数据进行存储和绘图的存储绘图装置。

本发明进行小卫星姿态控制地面仿真的一种方法主要包括：

仿真计算机接收、处理嵌入式处理器发送的控制力矩数据以得到关于小卫星的姿态信息和环境信息并发送给嵌入式处理器的步骤；

嵌入式处理器读取由现场可编程门阵列转接的关于各测量部件的采集数据并将该采集数据与姿态信息和环境信息进行处理得到各测量部件等效数据的步骤；

现场可编程门阵列将嵌入式处理器发送的各测量部件等效数据进行存储并发送给姿控处理器的步骤，

姿控处理器对各测量部件等效数据进行处理并输出控制指令的步骤，

嵌入式处理器接收、处理由现场可编程门阵列转接的姿控处理器发送的控制指令得到所述控制力矩数据的步骤。

本发明进行小卫星姿态控制地面仿真的另一种方法主要包括：

仿真计算机接收、处理嵌入式处理器发送的控制力矩数据以得到关于小卫星的姿态信息和环境信息并发送给嵌入式处理器的步骤；

仿真计算机根据所述姿态信息和环境信息向转台和目标模拟器发送控制命令的步骤；

嵌入式处理器读取由现场可编程门阵列转接的关于各测量部件的采集数据并将该采集数据与姿态信息和环境信息进行处理得到各测量部件等效数据的步骤；