[发明专利]基于AODV协议无线智能网络的卫星姿态控制仿真系统

说明书

技术领域

本发明属于航天器仿真测试技术领域，具体涉及一种无线自组织网络的航天器姿态控制半实物仿真系统。

背景技术

卫星姿态控制系统在卫星控制系统设计中占有非常重要的地位，故姿态控制系统仿真对于加快卫星控制系统的研究进度、缩短研制周期、提高控制系统的可靠性具有十分重要的实际意义。半实物仿真就是在全数学仿真的基础上，通过将星载计算机以及需要重点考虑的传感器以及执行器引入控制回路，其它部分仍采用数学仿真。

传统的仿真系统的设计方法是将传感器、星载计算机以及执行器之间均通过有线数据电缆连接。这种设计方法会导致仿真测试时增加大量的测试线缆以及连接器，同时使得仿真测试系统的灵活性和实施性受到约束。

无线自组织网络由于其可移动性、自组织性和便利性,成为通信领域发展的热点之一并开始应用在很多研究领域，同时对无线自组织网络技术各方面的技术都提出了新的要求，但由于其本身固有的特点，仍然有很多问题和关键技术亟需解决。其关键技术包括MAC协议中的隐暴终端、单向链路问题，具有良好适应性和鲁棒性的路由协议研究，设计完善的跨层协同技术，具有可扩展性的无线自组织网络体系结构等，目前不断有基于原有基础修改或者全新设计的思路、协议、方案提出，仍在不断完善。AODV(AdhocOn-DemandDistanceVector)是一种按需自组织网络路由协议，仅当节点需要发送数据时才启动路由发现过程；其优点是无需周期性的交互路由维护信息，节点通信开销较小，缺点是可能增加节点数据发送延迟。经过多年的发展、完善，AODV协议是目前应用最为广泛的自组织网络路由协议。一般的地面无线自组织网络路由协议通常要处理复杂多变的节点拓扑，不小的节点数目与频繁且不定的节点间拓扑关系改变，大大增加了地面无线自组织网络的实现难度；而卫星姿态控制仿真系统通常节点数量较少(一般几十以内)而且测试过程中节点间的相对位置基本没有变化，只需负责处理节点移入与移除(包括节点失效)带来的拓扑改变。仿真模拟实验和实际部署测试表明，AODV协议能够在中等网络规模(一般可包含数百个节点，能够满足一般卫星设计要求)环境下提供较好的网络性能。这样将卫星姿态控制模块设计成一个个无线网络节点，利用无线自组织网络技术组成智能网络，模拟卫星姿轨系统内部之间的通信进而利用气浮台实现卫星姿态控制半物理仿真成为可能，从而提高仿真测试系统的灵活性与可行性，本发明旨在设计这种基于AODV协议无线智能网络的卫星姿态控制仿真系统。

发明内容

为了提高卫星姿态控制半物理仿真测试的灵活性与可行性，本发明提供一种基于AODV协议无线智能网络的卫星姿态控制仿真系统。为减少仿真测试中的线缆与连接器数量，增加系统的灵活性与实施性，采用无线自组织网络来设计并组建卫星的姿态控制仿真系统，在传感器、星载计算机以及执行器之间组建无线智能网络，使系统能够自动地建立连接并实现通信。

一种基于AODV协议无线智能网络的卫星姿态控制仿真系统，包括实物仿真系统和数学仿真系统，所述数学仿真系统为一台仿真计算机，所述仿真计算机上有光纤陀螺数学模型、反作用飞轮数学模型。所述实物仿真系统包括单轴气浮台、无线智能网络节点、星载计算机、光纤陀螺、反作用飞轮以及电源；所述单轴气浮台上承载有光纤陀螺、星载计算机、电源以及反作用飞轮，所述电源为单轴气浮台上的光纤陀螺、星载计算机以及反作用飞轮提供正常工作的电压；所述电源包括蓄电池以及与蓄电池连接的电源控制箱。

所述光纤陀螺、星载计算机、反作用飞轮以及仿真计算机均连接有一个或多个无线智能网络节点，它们之间通过无线智能网络节点进行通信。

所述实物仿真系统进行卫星俯仰通道姿态控制的实物仿真，星载计算机通过无线智能网络节点接收光纤陀螺测量得到的俯仰通道角度和角速度信息，根据比例微分(PD)姿态控制算法计算反作用飞轮的控制力矩，通过无线智能网络节点发送给反作用飞轮，实现单轴气浮台的运动，使卫星达到目标姿态从而完成仿真。

所述数字仿真系统进行卫星滚动和偏航通道姿态控制的数学仿真，光纤陀螺数学模型生成卫星滚动和偏航通道模拟的模拟测量数据，仿真计算机将光纤陀螺数学模型生成的模拟测量数据通过无线智能网络节点发送给星载计算机，星载计算机根据比例微分(PD)姿态控制算法计算滚动和偏航通道中反作用飞轮数学模型的控制力矩，并通过无线智能网络节点发送给仿真计算机上的滚动与偏航通道对应的反作用飞轮数学模型，当卫星达到目标姿态后完成卫星滚动和偏航通道姿态控制的数学仿真，从而形成闭环半实物仿真。