飞行器导航制导与控制地面仿真系统效能评估方法

摘要

本发明涉及一种飞行器导航制导与控制地面仿真系统效能评估方法，先根据系统功能原理选择相似元，然后确定各相似元的数值和权系数，最后计算仿真系统的相似度。本方法将效能评估问题转化为可行度问题，从动力学、运动学、测量以及导航制导与控制等方面定量分析“天地一致性”问题，基于可信度理论，客观量化分析地面仿真系统的可信度。本发明提供的评估方法原理清晰、计算简单，具有比较广泛的适用范围，可以为其他仿真系统的效能分析提供参考借鉴。

主权项

一种飞行器导航制导与控制地面仿真系统效能评估方法，先根据系统功能原理选择相似元，然后确定各相似元的数值和权系数，最后计算仿真系统的相似度，其特征在于，具体步骤如下：第1步：选择相似元飞行器导航制导与控制地面仿真系统由运动模拟系统、测量系统、动力学仿真系统和GNC控制系统四部分构成，因此，评价地面仿真系统与实际空间飞行器运行状况的相似度，通过这四个分系统与空间飞行器实际工作情况的相似程度来确定，所以选择这四个分系统与实际情况的相似程度作为相似元；第2步：确定相似元的值(2.1)、运动模拟系统运动模拟系统能够完成X、Y、Z三个平动方向的运动和俯仰、偏航、滚转三个转动方向的运动，运动模拟系统与空间飞行器实际工作情况的相似程度通过运动模拟器的运行精度参数确定；仿真缩比值为K，运动模拟器的位置精度为J1、速度精度J2、动态精度J3，实际卫星运动过程也会产生偏差，如果实际卫星运动系统偏差大于地面仿真系统运动模拟器的偏差值，则认为运动模拟器能够完全模拟实际卫星运动，即相似元为1，在不知道实际卫星运动偏差值的情况下，设实际卫星运动完全按理论值运动，则运动模拟器相对实际卫星最大偏差取为J1、J2和J3中的最大值，相似元的值为Q₁＝1‑max{J1、J2、J3}，其中max{...}表示取最大值；(2.2)、测量系统对于测量系统，设Wc和Fc分别表示实际飞行器测量系统的误差和仿真系统的测量误差，并且仿真缩比为K，如果满足K×Fc≤Wc，认为地面测量系统能够完全模拟卫星测量系统，则相似元定为1；否则按照公式计算相似元的值；(2.3)动力学仿真系统仿真时，动力学仿真系统对空间扰动力矩进行数学建模并进行Matlab/Simulink仿真，在RTW下自动生成C代码，并经过修改后生成供LabVIEW直接调用的动态链接库，在LabVIEW RT实时系统中运行，对于这部分相似元值计算，通过与STK仿真系统仿真得到的数据进行比较得到结果，计算方法为：其中X_D表示动力学计算出来的卫星的位置和速度，X_STK表示STK计算出来的卫星的位置和速度；(2.3)GNC控制模块仿真时GNC控制模块采用的制导控制率与航天器实际采用的控制率相同，故相似元值直接取为Q₄＝1；第3步：确定权系数根据系统差别对仿真结果的影响程度分析，这四个系统相似性的重要程度依次为测量系统、运动系统、动力学运动学系统、GNC控制系统，所以它们的权重影响程度成单调减关系，根据层次分析法得判断矩阵P：$P=\left[\begin{array}{cccc}1& 2& 3& 6\\ 1/2& 1& 2& 3\\ 1/3& 1/2& 1& 2\\ 1/6& 1/3& 1/2& 1\end{array}\right]---(3-1)$求出最大特征值λ_max＝4.0104；一致性指标CI＝0.0035，平均随机一致性指数RI₍₄₎＝0.90，于是一致性指标CR＝CI/RI₍₄₎＝0.0039＜0.1；故认为判断矩阵一致性是能够接受的；将判断矩阵P按列归一化得：$\bar{P}=\left[\begin{array}{cccc}0.5000& 0.5217& 0.4615& 0.5000\\ 0.2500& 0.2609& 0.3077& 0.2500\\ 0.1667& 0.1304& 0.1538& 0.1667\\ 0.0833& 0.0870& 0.0769& 0.0833\end{array}\right]---(3-2)$将列元素归一化后的矩阵按行相加并将列向量归一化处理，得：β＝[β₁ β₂ β₃ β₄]^T＝[0.4959 0.2671 0.1544 0.0826]^T      (3‑3)其中β₁，β₂，β₃，β₄即为各个相似元的权重系数；第4步：计算仿真系统的相似度由于系统间对应的元素看成相似元，则相似度为：这样就得到了仿真系统的相似度Q。