[发明专利]一种卫星姿态控制一体化仿真的系统及实现方法

摘要

本发明公开了一种卫星姿态控制一体化仿真的系统及实现方法，该系统包括一台仿真计算机和接口扩展板，通过将仿真系统与被测试硬件的组合连接，可以实现全数学仿真、部件级半实物仿真、部件级半实物仿真、整星半实物仿真、星地联合仿真及在轨姿态可视化共5种工作模式下的仿真应用，集多项功能于一体，减少了仿真软件的重复开发工作，实现了仿真系统的普适性和通用化，增强了仿真过程的可视化和可操作性，支持从卫星姿态控制系统从方案设计到在轨检验的全流程对比仿真分析。

主权项

1.一种卫星姿态控制一体化仿真系统，其特征在于，包括一台仿真计算机和接口扩展板，其中，仿真计算机内含有在Matlab/Simulink环境下用于卫星姿态控制的数学仿真软件，接口扩展板用于提供仿真系统与被测试硬件的通用标准接口，仿真计算机与接口扩展板通过Uart串口连接；所述的数学仿真软件采用分层设计，自上至下依次划分为用户层、算法层、物理层、数据处理层共4个层次，高层软件对下一层软件实施调用直至最底层，每层可按需添加模块进行扩展；所述用户层包括仿真系统功能配置、交互操作、分析报告/图表用户直接接触的三类操作，用户也可以根据应用进行功能扩展；其中功能配置包括仿真系统工作模式的配置、仿真参数配置、仿真方案配置，交互操作包括仿真界面控制和3D动态显示，分析报告/图表部分可输出包括定姿与控制结果、磁场测量结果、太阳矢量测量结果的标准分析报告和图表；所述算法层含有姿态确定算法和姿态控制算法两部分，其中姿态确定算法包含双矢量(TRIAD)定姿算法、扩展卡尔曼滤波(EKF)定姿算法和俯仰轴定姿算法，姿态控制算法包含B‑dot磁阻尼算法、反作用轮PD控制算法、磁卸载算法、偏置轮控制算法和磁力矩器PD控制算法；所述物理层分为轨道环境、敏感器模型、卫星姿态动力学模型、执行机构模型四个部分；其中轨道环境包含轨道计算模块、卫星空间位置计算模块、干扰力矩计算模块、轨道坐标系下太阳矢量和磁场矢量计算模块，敏感器模型包含磁强计模型、太阳敏感器模型和陀螺模型，卫星姿态动力学模型包含卫星姿态控制的挠性动力学模型和刚体动力学模型，执行机构模型包含反作用轮模型、偏置轮模型、磁力矩器模型；所述数据处理层包括数学运算、数据存储、3D显示、图表生成四个部分；其中数学运算包含矩阵运算、四元数运算和坐标系转换，数据存储包含了数据保存、数据导出和生成报告三大功能，3D显示部分具体分为窗口调用、数据组包和数据调用三项常用模块，图表生成对应用户层需求包含了定姿与控制结果、磁场测量结果和太阳矢量测量结果图表生成模块。