[发明专利]一种用于GNC系统的多模式在线实时自主切换仿真系统及方法

说明书

本发明涉属于飞行器导航制导与控制系统(GNC系统)地面仿真试验与测试技术领域，具体地说是一种用于GNC系统的多模式在线实时自主切换仿真系统及方法。本发明中的自主故障诊断及切换单元实时采集矩阵切换单元线上信号和星载GNC计算机输出的遥测信号，根据数据协议格式，自主判断数据帧头，帧计数、校验和等信息判别信号链路的故障状态，根据故障情况实时在产品模型和实物产品状态间切换。由于未破坏试验现场状态，可通过信号检测点进行信号故障分析和诊断。

技术领域

本发明涉属于飞行器导航制导与控制系统(GNC系统)地面仿真试验与测试技术领域，具体地说是一种用于GNC系统的多模式在线实时自主切换仿真系统及方法。

背景技术

在航天领域，飞行器GNC系统在设计阶段通常需要开展大量的仿真试验和测试，以验证GNC系统方案设计的正确性和GNC系统软件实现的正确性，以及检验GNC系统设计逻辑和时序的正确性，从而确保GNC系统的功能和性能。

目前飞行器GNC系统的地面仿真验证通常有三种方式：数学仿真方式、硬件(实物产品)在环的半物理仿真方式，以及全物理仿真方式。

全物理仿真方式在飞行器研制过程中重点针对专项技术开展专门的仿真验证，通常在GNC系统方案论证过程中开展，一般不会持续整个飞行器研制周期。

数学仿真方式是采用全数学建模的方式，分别建立飞行器动力学和运动学模型、测量产品模型、控制器模型、执行机构模型、以及空间环境模型等，通过非硬件在环的方式实现GNC系统的闭环仿真，GNC系统所属实物产品不接入系统闭环系统。

硬件(实物产品)在环的半物理仿真方式通过将星载计算机和GNC系统部分或全部敏感器、执行机构接入系统闭环仿真回路，利用星载软件实时模拟在轨飞行流程和GNC系统状态，以验证飞行器GNC系统功能、性能和时序逻辑。传统的方式侧重于星载计算机在环的数字仿真和星载计算机、敏感器和执行机构都在环的半物理仿真。计算机在环的数字仿真通过产品模型模拟敏感器和执行机构的数据，难以真实反映GNC系统的时序和逻辑。而星载计算机、敏感器和执行机构都在环的半物理仿真方式在实物产品不能到位的情况下或实物产品故障的情况下会影响到GNC系统闭环仿真的进程和进度，而且会影响GNC系统仿真的连续性。因此，迫切需要解决这两种仿真的缺陷。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术存在的缺陷，提供一种用于GNC系统的多模式在线实时自主切换仿真系统及方法，能够根据仿真的需要，在星载计算机在环的情况下，通过在敏感器数字模型、执行机构数字模型和产品实物之间状态的切换，实现GNC系统闭环仿真，对GNC系统方案和软件进行全面考核验证，同时对GNC系统产品间的时序和逻辑进行仿真验证，在故障状态下实现不间断连续仿真，该系统利用矩阵切换单元实现在产品模型和产品实物状态下信号链路的切换，通过自主判断信号链路的正确与否，自主在产品模型和实物产品之间切换。

本发明的技术解决方案是：

一种用于GNC系统的多模式在线实时自主切换系统，该仿真系统包括产品模型、动力学仿真机、自主故障诊断及切换单元、矩阵切换单元、模拟器、星载GNC计算机和实物产品；GNC系统中包括姿态敏感器、导航敏感器和执行机构；

所述的产品模型包括导航敏感器模型、姿态敏感器模型和执行机构模型，采用数字模型的方式模拟姿态敏感器的功能、时序和通讯协议，还用于模拟导航敏感器的功能、时序和通讯协议，还用于模拟执行机构的功能、时序和通讯协议，还能够通过RS422接口板卡、CAN总线接口板卡或1553B总线接口板卡模拟实物产品的硬件输入输出信息接口；产品模型还用于接收动力学仿真机的激励信号；