一种跨平台可扩展的卫星动态仿真测试系统

摘要

一种跨平台可扩展的卫星动态仿真测试系统，包括卫星姿态控制系统模拟器、飞行环境与运动模拟器、卫星基础子系统模拟器、运行监测与管理系统模拟器。其中，卫星姿态控制系统模拟器包括敏感器模拟器、控制器模拟器和执行机构模拟器；飞行环境模拟器包括轨道与姿态动力学解算器、天体模拟器、运动学与动力学转台和平动台，热真空与电磁环境模拟器等；卫星基础子系统模拟器包含供电子系统模拟器和遥测遥控子系统模拟器。运行监测与管理系统模拟卫星地面测控中心的功能，包括遥测数据解码、遥控指令生成、数据归档与分析、运行管理。本系统具有较强的可扩展性，可以在开发调试平台、分布式实时仿真平台、嵌入式半物理实时仿真平台三大平台方便的移植。

主权项

一种跨平台可扩展的卫星动态仿真测试系统，其特征在于包括：卫星系统模拟器(1)、飞行环境与运动模拟器(2)和运行监测与管理系统模拟器(3)；卫星系统模拟器(1)包括卫星姿态控制系统模拟器(11)和卫星基础子系统模拟器(12)，其中：飞行环境与运动模拟器(2)由环境模拟器(21)和轨道与姿态动力学解算器(22)构成；环境模拟器(21)用于模拟飞行器的飞行环境，它输出基本环境参数，所述基本环境参数包括仿真时间参数，太阳和地球天体的位置，引力系数、磁场系数、光压系数、地磁密度噪声、日月摄动力和地球重力梯度参数；轨道与姿态动力学解算器(22)接收环境模拟器(21)产生的基本环境参数，根据卫星当前动力学状态通过数值求解动力学方程组的方法推算出下一时刻新状态，包括位置和姿态状态参数、敏感器状态参数、执行机构状态参数、卫星本体特性参数以及其它可动部件状态参数；敏感器参数包括星敏感器、太阳敏感器、地球敏感器、陀螺和磁强计的安装角和视场角等参数；执行机构参数包括动量轮的惯量、最大角速度、噪声初始转速、推力器的平均推力、力矩矢量、安装点、噪声、磁力矩器的最大力矩、试验噪声等；卫星本体特征参数包括卫星质量、转动惯量、几何中心、末态参数；其它可动部件状态参数包括太阳帆板几何参数、模态参数；轨道与姿态动力学解算器(22)把这些基本环境参数以及位置和姿态状态信息通过总线发送到卫星姿态控制系统模拟器(11)和运行检测与管理系统模拟器(3)，用于卫星姿态控制系统仿真和实时演示或存储；卫星姿态控制系统模拟器(11)，用来模拟卫星的姿态控制回路，它包括控制器模拟器(111)、敏感器模拟器(112)和执行机构模拟器(113)；控制器模拟器(111)运行星上软件，用来模拟卫星姿态控制系统的控制器，测试控制律、操纵律以及星上软件，接收敏感器模拟器(112)测得的参数、轨道与姿态动力学解算器(22)发送的参数，以及遥控遥测子系统发送的参数，并把这些参数用于卫星姿态控制回路，根据控制律产生相应的操作，并把操作信号发送到执行机构模拟器(113)；敏感器模拟器(112)用来模拟敏感器，测试敏感器性能，把测得的参数发送到控制器模拟器(111)；执行机构模拟器(113)模拟执行机构，测试执行机构性能，并把对卫星姿态位置的影响通过轨道与动力学解算器(22)体现出来；卫星基础子系统模拟器(12)包括供电子系统模拟器(121)和遥测遥控子系统模拟器(122)；供电子系统模拟器(121)用来模拟卫星电源系统，为星上部件，包括星载计算机、敏感器、执行机构和遥控遥测子系统(121)供电；遥测遥控子系统模拟器(122)实现控制器模拟器(111)与运行监测与管理系统(3)的数据交互，通过无线串口与运行监测与管理系统(3)相连，模拟卫星遥控遥测，并把遥测遥控的数据发送到卫星姿态控制系统的控制器模拟器(11)；运行监测与管理系统模拟器(3)模拟卫星地面测控中心的功能，它由遥测数据解码模块(31)、遥控指令生成模块(32)、数据归档与分析模块(33)和运行管理模块(34)组成；遥测数据解码模块(31)模拟地面测控中心的遥测系统，将遥控遥测子系统模拟器(122)传来的遥测帧数据转成工程数据供数据归档与分析模块(33)使用；数据归档与分析模块(33)将轨道与姿态动力学解算器(22)生成的数据，分门别类地存入数据库中，然后调用各种数据处理程序进行信号分析，以二维曲线、三维动画及虚拟现实技术实时显示卫星的在轨飞行状态、监视各种可能的飞行故障；运行管理模块(34)通过键盘鼠标、数据手套、有限词汇语音识方式接收操作员指令，直接控制地面设备或调用遥控指令生成模块(32)产生遥控帧，通过无线串口发送到卫星遥测遥控子系统模拟器(11)完成对卫星的操作；遥控指令生成模块(32)接收运行管理模块(34)的命令，并将所接收的命令转化为遥控帧数据，通过无线串口发送到遥控遥测子系统模拟器。