[发明专利]一种毫秒级卫星姿态轨道控制实时测试方法

说明书

技术领域

本发明属于航空航天控制领域，涉及测试设备的实时控制信号流操作问题。 

背景技术

中法海洋卫星（CFOSAT-1）、地磁电测卫星ZH-1星采用CAST2000平台方案。CAST2000现有的测试系统的执行周期为0.25甚至1秒，显然不能提供实时性的运行环境，直接导致系统中，控制系统方案的指标不能在测试中实现。这既降低了方案设计的可靠性，也降低了方案设计的可信度，即不能在技术总体这一环节拿出有效的数据来证实、验证方案设计。此外，众多研新型号任务星上控制系统实时性的改善，对测试系统同样提出了实时性改进的要求。为完成新型号任务的测试工作，也提高测试系统的实时性。地面测试系统的非实时性问题已成为制约平台测试工作、提升性能的瓶颈。 

现有的卫星姿态轨道控制实时测试系统，是基于嵌入式VxWorks系统实现的。这种实现方式的本质是传统的上下位机的设计构架：下位机负责实时操作，上位机负责人机交互，并通过上下位机的通讯机制，实现系统设计。嵌入式的实时测试系统设计，避免不了复杂的信息通讯交互机制，同时，下位机需要专门的操作和人员维护，培训、学习及运作的投入比较大，而且，上、下两台计算机设计中涉及的复杂的、分布式的应用程序、可靠性及平均故障率等一系列问题，都亟待解决。 

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种毫秒级卫星姿态轨道控制实时测试方法，解决了RTX系统下，PCI设备板卡的最底层信号流的实时交互问题，使系统实时性能得以显著提升，进而保证了Windows+RTX的姿轨控地面测试设备的毫秒级实现。 

本发明的技术解决方案是：一种毫秒级卫星姿态轨道控制实时测试方法，步骤如下： 

1）建立Windows非实时人机交互界面及RTX实时操作环境，同时创建用于Windows与RTX间信息交互的共享内存空间； 

2）在Windows非实时人机交互界面下，设置姿态轨道控制地面测试系统的仿真初值，并将仿真初值通过共享内存传至RTX实时系统环境下； 

3）在RTX实时系统环境下，对PCI设备卡的进行初始化操作； 

4）在RTX实时系统环境下，建立基于毫秒级实时定时器的周期性执行操作；在每个周期性执行操作中，接收并判断星箭分离信号，如果判断星箭分离信号无效，则结束本定时周期内的执行操作，如果判断星箭分离信号有效，则进入步骤5）； 

5）在RTX实时系统环境下，利用PCI设备板卡的实时性驱动程序，对卫星上推力器脉宽、动量轮转速信息进行毫秒级采集，并获取卫星控制力与控制力矩； 

6）在RTX实时系统环境下，根据步骤5）获得的卫星控制力与控制力矩，进行姿态轨道控制的动力学与运动学的迭代，并获得卫星姿态测量敏感器、卫星角速度测量敏感器的实时信息； 

7）在RTX实时系统环境下，利用PCI设备板卡的实时性驱动程序，将步骤6）获得的卫星姿态测量敏感器、卫星角速度测量敏感器的实时信息发送至卫星上的姿态轨道控制计算机； 

8）在RTX实时系统环境下，将步骤6）获得的卫星姿态测量敏感器、卫星角速度测量敏感器的实时信息写入Windows与RTX的共享内存空间，同时判断本周期是否是事件触发周期：如果本周期不是事件触发周期，RTX结束本毫秒周期的仿真任务，并等待下个实时周期；如果本周期是事件触发周期，RTX实时系统利用同步事件机制，使Windows进行界面更新；所述的事件触发周期根据Windows界面更新所占用的时间确定。 

本发明与现有技术相比的优点在于： 

1.利用RTX提供的一系列输入输出函数，直接实现对I/O端口与内存的操作，这种避开Windows的影响而采用直接访问的形式，极大地提升了卫星姿轨控测试设备对PCI板卡的利用效率，大大降低访问周期。 

2.RTX通过调用自主封装的底层函数，即可实现对PCI设备卡的访问： 

即解决了RTX系统下，PCI设备板卡的最底层信号流的实时交互问题，使得Windows+RTX的姿轨控地面测试设备毫秒级设计实现成为可能。 

3.由于PCI设备卡的驱动与PCI卡一一对应，因此，本发明设计的实时性驱动程序，具有良好的通用特性，很容易推广至采用同种硬件配置构建下的其他卫星测试设备的实时性研发设计中。 

4.采用Windows+RTX的毫秒级姿轨控地面测试设备，具有与一般工业控制实现相似的信号流操作，因此，很容易推广至配备相同PCI设备板卡的一般工控设备的实时性研发工作中。