一種快速建立小衛(wèi)星控制測試系統(tǒng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種快速建立小衛(wèi)星控制測試系統(tǒng)的方法，針對不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)，實現(xiàn)其測試系統(tǒng)的快速建立、易于擴展和移植，以達到提升測試質量、縮短測試時間的目的。通過建立上行敏感器信號源模塊、下行執(zhí)行機構工作信息隔離和電平轉換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號隔離模塊，統(tǒng)一了單個部件的對外輸入接口、輸出接口，實現(xiàn)了不同部件的靈活組合，且易于擴展和移植，提高了測試設備硬件模塊的復用率和通用性；根據(jù)不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的星地接口關系，利用星地接口適配器進行硬件模塊輸入接口、輸出接口的連接和配置，滿足了衛(wèi)星與地面測試系統(tǒng)接口變化而測試系統(tǒng)硬件不變的需求，實現(xiàn)真正意義上的通用化和板卡級的可互換性。
【專利說明】一種快速建立小衛(wèi)星控制測試系統(tǒng)的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種快速建立小衛(wèi)星控制測試系統(tǒng)的方法，屬于小衛(wèi)星測試【技術領域】。
【背景技術】
[0002]控制系統(tǒng)在空間飛行狀態(tài)時是一個閉環(huán)的多元自主控制系統(tǒng)，在衛(wèi)星飛行任務的不同階段有其不同的控制模式，每種模式都有其特有的測量部件和執(zhí)行部件組合，以及不同的運算和控制規(guī)律。為驗證系統(tǒng)方案和技術設計的合理性及詳細的性能指標，需要創(chuàng)造一個為其構成閉環(huán)控制的測試環(huán)境。
[0003]控制測試系統(tǒng)以星上部件、軟件、方案為被測對象，包括測試設備硬件、地面動力學仿真軟件、以及其他一些軟件。由于每顆衛(wèi)星部件配置的不同以及星地接口關系的不同，需要一星專用或一平臺專用，因此造成各星或各平臺的測試系統(tǒng)各異，不能通用，搭建、擴展和移植困難，且需要測試人員去適應每種不同的測試系統(tǒng)。隨著小衛(wèi)星研制任務的激劇增長，原有測試系統(tǒng)的構建、使用模式已經(jīng)不能適應小衛(wèi)星多星并行測試、快速測試和批量生產(chǎn)模式的測試需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的技術解決問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種快速建立小衛(wèi)星控制測試系統(tǒng)的方法，針對不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)，實現(xiàn)其測試系統(tǒng)的快速建立、易于擴展和移植，以達到提升測試質量、縮短測試時間的目的。
[0005]本發(fā)明的技術解決方案是:一種快速建立小衛(wèi)星控制測試系統(tǒng)的方法，步驟如下:
[0006](I)將被測試小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的組成部件按照敏感器、控制器、執(zhí)行機構進行分類；
[0007](2)根據(jù)步驟(I)的分類，為敏感器建立上行信號源模塊，為執(zhí)行機構建立下行工作信息隔離和電平轉換模塊，為控制器建立下行狀態(tài)信息和上行控制信號隔離模塊；
[0008](3)根據(jù)步驟(I)分類的被測試小衛(wèi)星控制系統(tǒng)所需要的部件類型和數(shù)量，對步驟
(2)建立的上行敏感器信號源模塊、下行執(zhí)行機構工作信息隔離和電平轉換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號隔離模塊進行最大化數(shù)量配置；
[0009](4)將步驟(3)中配置的上行敏感器信號源模塊、下行執(zhí)行機構工作信息隔離和電平轉換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號隔離模塊的輸入、輸出信號按信號類型進行分類，統(tǒng)計分類后的信號類型所對應的輸入接口、輸出接口數(shù)量；
[0010](5)根據(jù)不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的星地接口關系，利用與步驟(4)統(tǒng)計的輸入接口、輸出接口數(shù)量相匹配的星地接口適配器進行輸入信號、輸出信號的連接；
[0011](6)將步驟(5)連接完成的輸入信號、輸出信號與敏感器模型、執(zhí)行機構信息采集模塊進行連接，再將敏感器模型、執(zhí)行機構信息采集模塊與動力學仿真模型進行連接，形成閉環(huán)，建立完成。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點是:
[0013](I)通過建立上行敏感器信號源模塊、下行執(zhí)行機構工作信息隔離和電平轉換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號隔離模塊，統(tǒng)一了單個部件的對外輸入接口、輸出接口，實現(xiàn)了不同部件的靈活組合，且易于擴展和移植，提高了測試設備硬件模塊的復用率和通用性；
[0014](2)根據(jù)不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的星地接口關系，利用星地接口適配器進行硬件模塊輸入接口、輸出接口的連接和配置，滿足了衛(wèi)星與地面測試系統(tǒng)接口變化而測試系統(tǒng)硬件不變的需求，起到自適應的作用，可以根據(jù)衛(wèi)星測試需求進行改變，使得系統(tǒng)的重構和升級變得簡單，實現(xiàn)真正意義上的通用化和板卡級的可互換性；
[0015](3)改變了傳統(tǒng)控制測試系統(tǒng)一星專用或一平臺專用的構建模式，實現(xiàn)了地面測試系統(tǒng)的快速構建，滿足了快速測發(fā)控技術對地面測試系統(tǒng)的訴求，同時，可降低系統(tǒng)成本、縮減系統(tǒng)規(guī)模的平衡。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為小衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面測試原理框圖；
[0017]圖2為小衛(wèi)星控制測試系統(tǒng)建立方法流程圖。
【具體實施方式】
[0018]小衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面測試原理如圖1所示。在進行地面測試時，星上的姿態(tài)和軌道控制計算機(AOCC-Attitude and Orbit Control Computer)運行星載程序,地面動力學仿真計算機運行動力學仿真程序來模擬空間環(huán)境和衛(wèi)星動力學控制定律。在一個仿真周期內(nèi)，AOCC接收星上敏感器的姿態(tài)信息(該姿態(tài)信息由上行敏感器信號源模塊產(chǎn)生激勵信號作用于星上敏感器產(chǎn)生)，進行衛(wèi)星姿態(tài)確定和控制律計算，輸出對應的控制指令給執(zhí)行機構，執(zhí)行機構工作信息隔離和電平轉換模塊對執(zhí)行機構的工作信息進行調(diào)理，通過輸入接口的執(zhí)行機構信息采集模塊進行采集后送給動力學仿真模型，經(jīng)過動力學仿真軌道計算、地磁場計算和運動學計算得到衛(wèi)星姿態(tài)和軌道信息的仿真計算數(shù)據(jù)，由輸出接口的敏感器模型轉換成相應的信號格式，通過上行敏感器信號源模塊送衛(wèi)星敏感器，然后開始下一個仿真周期的計算和控制。
[0019]如圖2所示，為了快速建立小衛(wèi)星控制測試系統(tǒng)，需要按照本方法的步驟進行實施:
[0020](I)將被測試的小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的組成部件按照敏感器、控制器、執(zhí)行機構進行分類。對于不同的衛(wèi)星平臺和不同的衛(wèi)星，控制測試系統(tǒng)需要檢測的產(chǎn)品存在著一定的區(qū)別，但是均由測量部件、控制器和執(zhí)行部件組成。測量部件包括太陽敏感器、地球敏感器、慣性姿態(tài)敏感器、星敏感器等；執(zhí)行部件包括推進分系統(tǒng)、飛輪、磁力矩器、帆板驅動機構等；控制器包括控制計算機和硬件邏輯控制線路。其中，太陽敏感器通常包括數(shù)字式太陽敏感器、模擬式太陽敏感器，慣性姿態(tài)敏感器通常指速率積分陀螺，為滿足衛(wèi)星快速姿態(tài)機動能力的需求，部分小衛(wèi)星控制系統(tǒng)執(zhí)行部件還增加有控制力矩陀螺。
[0021](2)對步驟(I)中分類后的各組成部件建立測試設備硬件模塊，為敏感器建立上行信號源模塊，為執(zhí)行機構建立下行工作信息隔離和電平轉換模塊，為控制器建立下行狀態(tài)信息和上行控制信號隔離模塊。例如，單通道的陀螺模塊、單通道的數(shù)字太陽敏感器模塊、單個的紅外地球敏感器模塊、單個的動量輪模塊等，即衛(wèi)星控制系統(tǒng)中使用的部件都建立可以通用的單一模塊。例如，星上控制器輸出的姿控/軌控推力器噴氣信號為0/28V的脈寬信號，執(zhí)行機構下行工作信息隔離和電平轉換模塊需要將其轉換成TTL電平信號，進行星地信號隔離后再測量有效脈沖寬度。
[0022](3)根據(jù)不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)所需要的部件類型和數(shù)量，對步驟(2)建立的上行敏感器信號源模塊、下行執(zhí)行機構工作信息隔離和電平轉換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號隔離模塊進行最大化數(shù)量配置。按照每顆衛(wèi)星部件配置的不同，最大化配置測試設備硬件模塊。例如，某小衛(wèi)星安裝有12個IN姿控推力組件、I個5N軌控推力組件，另一平臺某小衛(wèi)星安裝有10個IN姿控推力組件、2個5N軌控推力組件，為實現(xiàn)通用性，執(zhí)行機構下行工作信息隔離和電平轉換模塊則按照12個IN姿控推力組件、2個5N軌控推力組件配置隔離和電平轉換電路。
[0023](4)將步驟(3)中配置的上行敏感器信號源模塊、下行執(zhí)行機構工作信息隔離和電平轉換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號隔離模塊的輸入、輸出信號按信號類型進行分類，統(tǒng)計分類后的信號類型所對應的輸入接口、輸出接口數(shù)量。將測試設備硬件模塊的輸入、輸出信號按信號極性分為上行信號、下行信號，并統(tǒng)計出單個模塊的各類信號的數(shù)量以及測試系統(tǒng)配置的信號的數(shù)量。例如，單通道的數(shù)字太陽敏感器模塊包含7道粗碼、4道細碼、2道監(jiān)視碼、I道全開碼，某衛(wèi)星安裝I個數(shù)字太陽敏感器部件(包括2個太陽敏感器探頭)，則數(shù)字太陽敏感器信號源模塊包含上行信號28路。
[0024](5)根據(jù)不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的星地接口關系，利用與步驟(4)統(tǒng)計的輸入接口、輸出接口數(shù)量相匹配的星地接口適配器進行輸入信號、輸出信號的連接。星地接口適配器是為滿足地面測試系統(tǒng)與衛(wèi)星接口變化而測試系統(tǒng)硬件不變的需求而設計的，起到自適應的作用，可以根據(jù)衛(wèi)星測試需求進行改變，使得系統(tǒng)的重構和升級變得簡單，實現(xiàn)真正意義上的通用化和板卡級的可互換性。
[0025](6)將步驟(5)連接完成的輸入信號、輸出信號與敏感器模型、執(zhí)行機構信息采集模塊進行連接，再將敏感器模型、執(zhí)行機構信息采集模塊與動力學仿真模型進行連接，形成閉環(huán)，建立完成。利用商業(yè)的組態(tài)軟件(用來提供建立硬件模塊與軟件程序聯(lián)系的開發(fā)環(huán)境)將測試設備硬件模塊的輸入、輸出接口信號與敏感器模型、執(zhí)行機構信息采集模塊進行連接，再將敏感器模型、執(zhí)行機構信息采集模塊與動力學仿真模型進行連接。例如，上述的數(shù)字太陽敏感器模型，即是將動力學仿真模型計算得到的數(shù)字太陽敏感器角度姿態(tài)數(shù)據(jù)送給敏感器模型，由敏感器模型轉換成相應的信號格式由信號源硬件模塊送衛(wèi)星敏感器。為保證動力學仿真的實時性，動力學仿真計算機運行基于優(yōu)先級調(diào)度的可搶占式內(nèi)核的實時操作系統(tǒng)。在實時操作系統(tǒng)的基礎上，程序被劃分為多個任務，由實時操作系統(tǒng)對各任務進行調(diào)度運行。一個仿真周期的任務由測試主任務和相應的輔助任務組成，在規(guī)定的仿真周期內(nèi)輔助任務沒有完成則輔助任務應被立即掛起，待主任務完成后繼續(xù)執(zhí)行輔助任務。主任務包括執(zhí)行機構信息采集任務、敏感器模型計算任務、動力學仿真模型計算任務、數(shù)據(jù)庫操作任務，輔助任務主要包括與人機接口設備通訊、接收人機接口設備的控制指令、操作系統(tǒng)管理任務和空閑任務。按照測試對象的時序和優(yōu)先級進行任務調(diào)度，對外提供良好的人機交互界面。
[0026]本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領域技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種快速建立小衛(wèi)星控制測試系統(tǒng)的方法，其特征在于步驟如下: (1)將被測試小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的組成部件按照敏感器、控制器、執(zhí)行機構進行分類； (2)根據(jù)步驟(I)的分類，為敏感器建立上行信號源模塊，為執(zhí)行機構建立下行工作信息隔離和電平轉換模塊，為控制器建立下行狀態(tài)信息和上行控制信號隔離模塊； (3)根據(jù)步驟(I)分類的被測試小衛(wèi)星控制系統(tǒng)所需要的部件類型和數(shù)量，對步驟(2)建立的上行敏感器信號源模塊、下行執(zhí)行機構工作信息隔離和電平轉換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號隔離模塊進行最大化數(shù)量配置； (4)將步驟(3)中配置的上行敏感器信號源模塊、下行執(zhí)行機構工作信息隔離和電平轉換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號隔離模塊的輸入、輸出信號按信號類型進行分類，統(tǒng)計分類后的信號類型所對應的輸入接口、輸出接口數(shù)量； (5)根據(jù)不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的星地接口關系，利用與步驟(4)統(tǒng)計的輸入接口、輸出接口數(shù)量相匹配的星地接口適配器進行輸入信號、輸出信號的連接； (6)將步驟(5)連接完成的輸入信號、輸出信號與敏感器模型、執(zhí)行機構信息采集模塊進行連接，再將敏感器模型、執(zhí)行機構信息采集模塊與動力學仿真模型進行連接，形成閉環(huán)，建立完成。
【文檔編號】G05B23/02GK103760898SQ201410048968
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月12日 優(yōu)先權日:2014年2月12日
【發(fā)明者】吳婧, 陸春玲, 常武軍, 孫誠, 朱隆晶 申請人:航天東方紅衛(wèi)星有限公司