[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

摘要

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在配置上具有相当程度柔性，能根据小卫星设计研制不同阶段的需求调整系统结构，为多种不同侧重点的应用提供适合其需求的配置和组成。一方面可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，可在星上部分设备没有到位的情况下，提供相应的模拟设备来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；另一方面也能促进仿真技术在小卫星研制过程中更加系统化的应用，将仿真应用的成果在各研制阶段实现共享，提升小卫星的研制设计水平，改进现有小卫星研制的系统工程过程，提高研制效率、缩短周期。

主权项

一种基于过程的小卫星控制系统仿真与测试一体化系统，其特征在于：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；输出接口，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，输出敏感器信号源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信号源；敏感器模拟器，接收第二传输层送来的敏感器测量数据，转换成敏感器测量信号，该测量信号的物理电性信号形式与小卫星上被测敏感器相同；敏感器信号源，接收输出接口送来的敏感器测量数据，转换成被测敏感器的激励信号；星地接口适配器，当敏感器使用敏感器模拟器时，把敏感器测量信号送至被测控制系统中的被测控制器，被测控制器根据敏感器测量信号进行卫星姿态确定和控制律计算，输出执行机构控制指令信号；当敏感器使用被测敏感器时，把被测敏感器的激励信号送至被测控制系统中的被测敏感器，被测敏感器的激励信号激励被测敏感器的处理线路以产生姿态数据，被测控制器接收被测敏感器处理线路送来的姿态数据并根据该姿态数据进行卫星姿态确定和控制律计算，输出执行机构控制指令信号；当执行机构使用执行机构模拟器时，把执行机构控制指令信号发送给执行机构模拟器；当执行机构使用被测执行机构时，被测执行机构根据被测控制器输出的执行机构控制指令信号进行工作并产生执行机构工作信息，星地接口适配器把执行机构工作信息发送给执行机构信号调理和采集模块；执行机构模拟器，根据预存的执行机构数学模型以及执行机构控制指令信号进行仿真计算并产生执行机构工作信息数据，并将执行机构工作信息数据发送给第一传输层；第一传输层，当运行状态为系统正常状态时，将执行机构模拟器输出的执行机构工作信息数据发送给卫星动力学仿真模型；当运行状态为系统部件故障仿真状态时：第一传输层将人机交互接口模块设置的要进行故障仿真执行机构的执行机构工作信息数据发送给卫星动力学仿真模型；执行机构信号调理和采集模块，将执行机构工作信息进行光电隔离、电平转换后进行采集，并将采集到的执行机构工作信息数据发送给输入接口；输入接口，将执行机构工作信息数据发送给卫星动力学仿真模型。