[发明专利]月球飞行器全过程数字仿真系统及方法

权利要求书

1.一种月球飞行器全过程数字仿真系统，其特征在于，包括：飞行模拟单元、仿真任务管理单元、地面测量控制单元、轨道设计单元、数据处理与视景仿真单元和飞行任务评估分析单元；

飞行模拟单元基于RT-Lab实时/超实时仿真平台构建，包括器载计算机模拟模块、执行机构模拟模块、动力学与空间环境模拟模块和测量敏感器模拟模块；采用Simulink建模，Matlab/RTW工具箱结合RT-Lab实时仿真平台进行仿真代码的编译下载和执行，通过Simulink模型可快速生成实时仿真代码；所述飞行模拟单元通过网络通讯模块和仿真任务管理单元连接；

所述仿真任务管理单元采用QT软件、VC结合MAK RTI进行开发，所述仿真任务管理单元为月球飞行器全过程数字仿真系统提供方便的控制操作界面；通过人机交互界面模块，操作人员能够控制试验进程；所述仿真任务管理单元包括仿真管理模块、人机交互界面模块、数据转换模块；所述仿真任务管理单元通过网络通讯模块和飞行模拟单元、地面测量控制单元、轨道设计单元、数据处理与视景仿真单元、飞行任务评估分析单元连接，并通过HLA/RTI实施控制；所述仿真任务管理单元负责完成仿真系统的初始化，控制整个仿真进程，完成仿真控制、飞行流程任务切换、状态管理及参数修正功能；

所述地面测量控制单元主要实现月球飞行器当前时刻当前状态到期望时刻或期望近月点、远月点的位置速度月报；地面引导控制模块由Matlab M文件开发，用于计算中途轨道修正、轨道维持、近月制动和月地加速的开机时刻、关机时刻、开机方向，实现天地大回路控制；所述地面测量控制单元通过千兆以太网和仿真任务管理单元通讯；所述地面测量控制单元包括地面轨道预报模块和地面引导控制模块；所述地面测量控制单元通过HLA/RTI受仿真任务管理单元控制，所述地面测量控制单元接收仿真任务管理单元发送的月球飞行器的位置速度和指令信息，输出月球飞行器必须的控制信息，完成月球飞行器的天地大回路控制；

所述轨道设计单元采用VC设计开发，包括地月转移轨道设计模块、月地转移轨道设计模块、地月转移窗口设计模块、月面上升窗口设计模块和月地转移窗口设计模块；所述轨道设计单元通过HLA/RTI受仿真任务管理单元控制，所述轨道设计单元接收仿真任务管理单元发送的月球飞行器的位置速度、指令信息和约束条件，输出月球飞行器期望变轨点和变轨后的轨道参数，分阶段的完成地月转移轨道设计和月地转移轨道设计；所述轨道设计单元主要实现全过程的轨道设计和发射窗口的选取，所述轨道设计单元通过千兆以太网和仿真任务管理单元通讯；

所述数据处理与视景仿真单元；采用ORACLE数据库系统，用于接收仿真数据，将数据入库存储；视景仿真演示成员采用VegaPrime软件开发，用于展示月球飞行器全过程的飞行过程和关键动作；曲线图表监视仿真成员使用VC开发，用于重要数据的在线监视和事后分析；所述数据处理与视景仿真单元通过千兆以太网和仿真任务管理单元通讯；所述数据处理与视景仿真单元包括数据记录仿真成员、视景仿真演示成员和曲线图表监视仿真成员；所述数据处理与视景仿真单元通过HLA/RTI受仿真任务管理单元控制，所述数据处理与视景仿真单元接收仿真任务管理单元发送的数据库数据、监视数据、状态数据和评估数据，输出仿真系统定制的视景和曲线图表，并利用数据库存储相关仿真数据；所述飞行任务评估分析单元包括执行器工作分析成员、测控和光照分析成员、敏感器布局分析成员、对接和样品转移分析成员、天线和帆板运动分析成员、分离过程分析成员、能源平衡分析成员和热分析成员；所述飞行任务评估分析单元通过HLA/RTI受仿真任务管理单元控制，所述飞行任务评估分析单元接收仿真任务管理单元发送的仿真数据，输出各成员生成的评估项目的数据、曲线和图示；所述执行器工作分析成员用QT软件开发，用于计算全过程月球飞行器上每台推力器和飞轮的工作状态；所述测控和光照分析成员用QT结合STK软件开发，用于计算全过程月球飞行器的测控和光照状态；所述敏感器布局分析成员用QT结合STK软件开发，用于计算主要测量敏感器的工作状态和视场；所述对接和样品转移分析成员用QT结合STK软件开发，用于演示对接和样品转移的过程；所述天线和帆板运动分析成员用QT结合Simulink软件开发，用于计算月球飞行器上天线和帆板的指向角度；所述分离过程分析成员用QT结合STK软件开发，用于演示月球飞行器的分离过程；所述能源平衡分析用QT结合Simulink软件开发，用于计算月球飞行器的能源使用情况；液体晃动分析成员用QT结合Simulink软件开发，用于计算月球飞行器贮箱剩余燃料、液面高度变化；所述热分析成员用QT结合Simulink软件开发，用于计算月球飞行器单元及重要单机的温度变化情况；所述飞行任务评估分析单元通过千兆以太网和仿真任务管理单元通讯；

所述器载计算机模拟模块将执行器开关机指令发送给所述执行机构模拟模块，所述执行机构模拟模块将控制力/力矩发送给所述动力学与空间环境模拟模块，所述动力学与空间环境模拟模块将运动状态发送给所述测量敏感器模拟模块，所述测量敏感器模拟模块将测量信号发送给所述器载计算机模拟模块，所述器载计算机模拟模块、所述执行机构模拟模块、所述动力学与空间环境模拟模块和所述测量敏感器模拟模块组成所述飞行模拟单元内部回路。