[发明专利]一种基于过程的小卫星控制系统仿真与测试一体化系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于过程的小卫星控制系统仿真与测试一体化系统及其方法，属于卫星测试技术领域。

背景技术

测试技术和仿真技术作为小卫星研制系统工程中不可或缺的检查、验证和辅助设计手段，在小卫星的研制过程中发挥着重要的作用。同任何工程项目一样，小卫星在研制过程中自始至终离不开大量的测试工作，为了验证小卫星的各项性能和功能是否满足设计要求，为了在试验中获取定性、定量数据并进行处理和评估，均需进行测试，测试所得的数据和分析结果是研究和改进设计的依据。仿真技术同样是支持小卫星研制的一个重要手段，利用仿真所具有的可控性、安全性、无破坏性、不受环境条件限制并可多次重复进行等特点，能够验证小卫星的设计方案、评价设计性能，仿真结果同样可以作为改进设计的参考依据。

由于仿真技术本身具备验证的功能，因此与现有的测试技术具备相当程度的可交融性，这就为仿真与测试一体化技术的应用提供了内在需求。一是在卫星各组成部件尚未研制出来、还不可能提供测试前，利用仿真模拟设备同测试设备相连，以便事先验证地面测试系统的功能是否正确；二是在小卫星整星综合测试期间，由于某些部件未到位，提供对这些部件的仿真模拟，从而配合对整星的测试。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于过程的小卫星控制系统仿真与测试一体化系统及其方法，一方面可以利用仿真技术构建测试对象，形成支持控制测试系统开发的模拟验证环境，构建支持关键技术原理样机测试和性能评估的试验验证环境，能够在星上部分设备没有到位的情况下，提供相应的模拟设备，实现部分设备“有无”状态不定的情况下仍能完成其他部件的测试工作，提高小卫星研制过程的并行程度，及早发现问题，协调相关方面尽早解决，从而提高研制效率、有效缩短卫星研制周期；另一方面，也能够改善目前仿真技术在小卫星研制过程中缺乏系统性应用的现状，最终提升小卫星的研制和设计水平，改进和提高现有小卫星研制的系统工程过程。

本发明的技术解决方案是：一种基于过程的小卫星控制系统仿真与测试一体化系统，包括执行机构模拟器、敏感器模拟器、卫星动力学仿真模型、第一传输层、第二传输层、执行机构信号调理和采集模块、敏感器信号源、输入接口、输出接口、人机交互接口模块、星地接口适配器；

小卫星被测控制系统包括被测控制器、被测执行机构、被测敏感器；

人机交互接口模块，选择小卫星控制系统仿真与测试一体化系统的运行状态，供选择的运行状态包括系统正常状态和系统部件故障仿真状态；当选择的运行状态为系统正常状态时，执行机构使用执行机构模拟器或小卫星被测控制系统中的被测执行机构，敏感器使用敏感器模拟器或小卫星被测控制系统中的被测敏感器，控制器使用小卫星被测控制系统中的被测控制器，人机交互接口模块设置卫星初始姿态信息和轨道信息、被测敏感器特征参数、仿真运行时间；当选择的运行状态为系统部件故障仿真状态时，要进行故障仿真的执行机构只能使用执行机构模拟器，要进行故障仿真的敏感器只能使用敏感器模拟器，不进行故障仿真的执行机构使用执行机构模拟器或小卫星被测控制系统中的被测执行机构，不进行故障仿真的敏感器使用敏感器模拟器或小卫星被测控制系统中的被测敏感器，控制器使用小卫星被测控制系统中的被测控制器，人机交互接口模块设置卫星初始姿态信息和轨道信息、被测敏感器特征参数、仿真运行时间、要进行故障仿真执行机构的执行机构工作信息数据、要进行故障仿真敏感器的敏感器测量数据；

卫星动力学仿真模型，接收人机交互接口模块设置的卫星初始姿态信息和轨道信息，并发送给第二传输层和输出接口，卫星动力学仿真模型根据第一传输层和输入接口送来的执行机构工作信息数据，进行轨道计算、地磁场计算和运动学计算，计算得到执行机构作用在卫星上的力和力矩以及在这些力和力矩作用下卫星新的姿态信息和轨道信息，再将得到的卫星新的姿态信息和轨道信息发送给第二传输层和输出接口；

第二传输层，当运行状态为系统正常状态时，根据预存的敏感器测量模型以及人机交互接口模块设置的被测敏感器特征参数、卫星动力学仿真模型输出的卫星姿态信息和轨道信息进行仿真计算，输出敏感器模拟器能识别的敏感器测量数据，并将敏感器测量数据发送给敏感器模拟器；当运行状态为系统部件故障仿真状态时，第二传输层将人机交互接口模块设置的要进行故障仿真敏感器的敏感器测量数据发送给敏感器模拟器；