[发明专利]运用于控制系统的双重超实时快速仿真测试系统及方法

说明书

本发明根据在轨自主导航制导任务特点及其对仿真快速性的要求，提供一种运用于控制系统的双重超实时快速仿真测试系统，通过虚拟计算机、动力学模型、数据总线和协同仿真模块实现硬件超实时+软件超实时双重超实时嵌套方式的仿真；其中硬件超实时面向任务全过程的GNC系统闭环回路模拟，普适性强，仿真精度高；软件超实时面向任务自由运行阶段的快速状态递推，仿真加速比高。本发明能够综合两者优势，仿真过程中两种超实时方式协调配合使用可有效加快仿真进程，满足试验快速性要求。

技术领域

本发明涉及卫星控制系统快速仿真测试技术，使用硬件超实时和软件超实时两种超实时嵌套的快速仿真测试方法。

背景技术

卫星控制系统测试常用的测试方式有：实时仿真和半物理仿真等，这类仿真测试方法，需要将星载软件运行于真实星载计算机上。受限于硬件条件，这类仿真测试方法只能按照实时步长进行测试，对于长周期任务的仿真耗时耗力。

超实时仿真测试使用虚拟计算机技术，星载软件运行于测试设备模拟的星载计算机环境中，可以使仿真时长(所测试系统内部的运行时长)大于仿真用时(实际测试所用时间)，从而实现超实时仿真。

此前的超实时仿真测试方法表现出如下缺点：

1)超实时系统中运行的星载计算机与动力学模型仿真步长是串联运行的，超实时加速率低。

2)超实时模式单一。对于长周期任务，仿真时间过长，耗时耗力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双重超实时的快速仿真测试系统及方法，能够从硬件超实时和软件超实时两个层面加速仿真测试，从而极大提高仿真效率。

本发明的技术方案是：一种运用于控制系统的双重超实时快速仿真测试系统，通过虚拟计算机、动力学模型、数据总线和协同仿真模块实现硬件超实时+软件超实时双重超实时嵌套方式的仿真；所述的动力学模型包括实时动力学模型和超实时动力学模型两套独立的模型；

硬件超实时是利用虚拟计算机模拟星载软件运行环境，通过数据总线与实时动力学模型进行信息交互；

所述的协同仿真模块用于协同虚拟计算机和动力学模块之间的时序，使二者实现并列运行；所述的实时动力学模型按照真实步长实时运行，用于参与闭环控制；所述的超实时动力学模型收到软件超实时启动命令后，按照设定的超实时步长进行轨道和姿态推算，推算结束后将结束点的轨道信息和结束点时间赋予实时动力学模型，通过数据总线交互至运行在虚拟计算机上的星载软件。

优选的，硬件超实时适用于任务全流程，在任意工况下均可以实现超实时；

在硬件超实时基础上加入软件超实时适用于卫星在无轨控喷气的工况。

优选的，所述的硬件超实时优选适用于星载软件需要实时持续一段时间进行运算或者产生轨控效果的工况。

优选的，所述的虚拟计算机和动力学模型并行运行在同一CPU的不同内核中或者多台计算机中。

优选的，动力学模型中的实时动力学模型和超实时动力学模型运行在同一CPU的同一内核中。

优选的，所述实时动力学模型实时解算卫星动力学方程，并与星载软件进行信息交互，模型的运行、暂停、终止会影响星载软件运行；

超实时动力学模型超实时解算卫星动力学方程，只与实时动力学模型进行数据交互，模型的运行、暂停、终止不会影响星载软件运行。

优选的，所述的星载软件作为控制回路中的控制器输出控制信号，控制信号通过数据总线输入动力学模型，动力学模型实时解算卫星轨道和姿态动力学，输出新的姿态信息反馈给星载软件，从而构成闭环控制。

优选的，所述的协同仿真模块通过下述方式实现协同虚拟计算机和动力学模块之间的时序，使二者实现并列运行：