一種衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，包括：控制設(shè)備、仿真設(shè)備和采集模擬設(shè)備；控制設(shè)備、仿真設(shè)備和采集模擬設(shè)備均配置有光纖反射內(nèi)存卡；光纖反射內(nèi)存卡之間通過(guò)光纖兩兩互連，形成閉環(huán)數(shù)據(jù)流；控制設(shè)備、仿真設(shè)備和采集模擬設(shè)備在閉環(huán)數(shù)據(jù)流中實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)交互?？刂圃O(shè)備用于根據(jù)待仿真測(cè)試的衛(wèi)星設(shè)計(jì)仿真模型；遠(yuǎn)程控制仿真設(shè)備和采集模擬設(shè)備；保存并監(jiān)控閉環(huán)數(shù)據(jù)流內(nèi)的交互數(shù)據(jù)。仿真設(shè)備用于運(yùn)行仿真模型；采集模擬設(shè)備用于在控制設(shè)備無(wú)法設(shè)計(jì)仿真模型時(shí)，模擬待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)的輸入/輸出或直接采集待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。本發(fā)明具有通用性、超實(shí)時(shí)性，且適用范圍廣泛，縮短了開(kāi)發(fā)周期，減少了研發(fā)成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，特別是涉及一種應(yīng)用于微納衛(wèi)星的通用、超實(shí)時(shí)地姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]姿態(tài)控制系統(tǒng)是衛(wèi)星設(shè)計(jì)中復(fù)雜度最高的子系統(tǒng)之一。在地面研制過(guò)程中，由于缺乏真是空間環(huán)境，姿態(tài)控制系統(tǒng)無(wú)法直接進(jìn)行測(cè)試，只能進(jìn)行仿真。衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試的主要目的是發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)缺陷，驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)產(chǎn)品性能。通過(guò)地面仿真測(cè)試，可以檢驗(yàn)衛(wèi)星姿態(tài)控制設(shè)計(jì)在方案和技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面的可行性和合理性，進(jìn)一步調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)和完善部件的數(shù)學(xué)模型。
[0003]衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真分為數(shù)學(xué)仿真、半物理仿真和全物理仿真三種。對(duì)于小衛(wèi)星研制，基于氣浮臺(tái)的全物理仿真，由于成本過(guò)高，一般很少采用。數(shù)學(xué)仿真和半物理仿真是小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的主要仿真手段。[〇〇〇4]當(dāng)前衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的地面測(cè)試種類(lèi)繁多，從接口測(cè)試到指令測(cè)試、從功能測(cè)試到性能測(cè)試、從開(kāi)環(huán)測(cè)試到閉環(huán)測(cè)試等等。同時(shí)，隨著不同衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)功能的不一致，大大提高了配置產(chǎn)品的復(fù)雜度，對(duì)測(cè)試設(shè)備的要求也越來(lái)越高，且測(cè)試設(shè)備也正朝著高可靠性、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的方向發(fā)展。
[0005]目前，為了適應(yīng)衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展方向，比較常見(jiàn)的是使用網(wǎng)絡(luò)化來(lái)代替所有接口實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)控制的地面仿真。例如，基于星上網(wǎng)的衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，其通過(guò)將星上控制設(shè)備、地面動(dòng)力學(xué)仿真設(shè)備、測(cè)量部件、執(zhí)行部件接入星上網(wǎng)，利用星上網(wǎng)進(jìn)行信息和交互。再比如，衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)搭建 CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互和仿真。但是，由于實(shí)際的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)所配置的單機(jī)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的CAN接口或其它網(wǎng)絡(luò)接口，因此衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的地面仿真既存在模擬量的輸入/輸出和10數(shù)字信號(hào)輸入/輸出，還存在通過(guò)RS422接口和CAN總線(xiàn)傳輸?shù)母鞣N各樣的信號(hào)數(shù)據(jù)，并且信號(hào)的數(shù)據(jù)量非常大。因此，上述的通過(guò)搭建網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星姿態(tài)控制的地面仿真方案，都不能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同型號(hào)配置的衛(wèi)星的姿態(tài)控制的地面仿真測(cè)試;并且，使用網(wǎng)絡(luò)化代替所有接口，也不能完全仿真星上的真實(shí)單機(jī)的接口情況。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)不同型號(hào)配置的衛(wèi)星的姿態(tài)控制的地面仿真測(cè)試，且不能完全仿真星上真實(shí)單機(jī)的接口的問(wèn)題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，包括:控制設(shè)備、仿真設(shè)備和采集模擬設(shè)備;所述控制設(shè)備、所述仿真設(shè)備和所述采集模擬設(shè)備均配置有光纖反射內(nèi)存卡;所述控制設(shè)備、所述仿真設(shè)備和所述采集模擬設(shè)備的所述光纖反射內(nèi)存卡之間通過(guò)光纖兩兩互連，形成閉環(huán)數(shù)據(jù)流;所述控制設(shè)備、所述仿真設(shè)備和所述采集模擬設(shè)備在所述閉環(huán)數(shù)據(jù)流中實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)交互;所述控制設(shè)備用于根據(jù)待仿真測(cè)試的衛(wèi)星設(shè)計(jì)仿真模型;遠(yuǎn)程控制所述仿真設(shè)備和所述采集模擬設(shè)備;保存并監(jiān)控所述閉環(huán)數(shù)據(jù)流內(nèi)的交互數(shù)據(jù);所述仿真設(shè)備用于運(yùn)行所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的所述仿真模型;所述采集模擬設(shè)備用于在所述控制設(shè)備無(wú)法根據(jù)所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星設(shè)計(jì)所述仿真模型時(shí)，模擬所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)的輸入/輸出。
[0008]于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述控制設(shè)備對(duì)對(duì)所述仿真設(shè)備和所述采集模擬設(shè)備的遠(yuǎn)程控制是通過(guò)對(duì)所述仿真設(shè)備和所述采集模擬設(shè)備的應(yīng)用程序進(jìn)行編輯、處理和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的;且所述交互數(shù)據(jù)被保存至SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中的。
[0009]于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述控制設(shè)備和所述仿真設(shè)備采用XPC Target技術(shù);所述控制設(shè)備通過(guò)131:]^13的3；[1]1111111^模型和3丨3丨6；1^1〇￥模型設(shè)計(jì)所述仿真模型，并生成相應(yīng)的代碼;所述仿真設(shè)備運(yùn)行所述控制設(shè)備生成的所述仿真模型的所述代碼。
[0010]于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述仿真模型包括姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型、軌道動(dòng)力學(xué)模型、環(huán)境模型和單機(jī)模型。
[0011]于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述采集模擬設(shè)備還具備與外部測(cè)試設(shè)備或所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星連接的外部接口，用于采集所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)至所述閉環(huán)數(shù)據(jù)流； 向所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星和/或所述外部測(cè)試設(shè)備輸出所述閉環(huán)數(shù)據(jù)流中的相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0012]于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述采集模擬設(shè)備采用基于Labview的pharlap ETS嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，包括一 PXI機(jī)箱，所述PXI機(jī)箱包括多個(gè)PXI板卡插槽、至少一個(gè)通過(guò)所述 PXI板卡插槽插入至所述PXI機(jī)箱的PXI板卡;其中，不同的所述PXI板卡具備不同的功能，所述PXI機(jī)箱通過(guò)插入不同功能的所述PXI板卡實(shí)現(xiàn)所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星信號(hào)的采集、所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)的輸入/輸出的模擬、和/或所述閉環(huán)數(shù)據(jù)流中的相關(guān)數(shù)據(jù)的輸出；并且，所述衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)增加相應(yīng)功能的所述PXI板卡的方式實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。
[0013]于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述PXI板卡是根據(jù)不同的所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的單機(jī)接口進(jìn)行選擇配置的，包括多通道DAQ板卡、RS422板卡和CAN總線(xiàn)板卡。
[0014]于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述采集模擬設(shè)備還包括與所述PXI機(jī)箱相連的SCXI機(jī)箱;所述SCXI機(jī)箱用于通過(guò)通道復(fù)用實(shí)現(xiàn)所述PXI機(jī)箱的擴(kuò)展、模擬通道的信號(hào)隔離和信號(hào)調(diào)制放大。
[0015]于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述SCXI機(jī)箱包括多個(gè)SCXI板卡插槽、至少一個(gè)通過(guò)所述SCXI板卡插槽插入至所述SCXI機(jī)箱的SCXI板卡;其中，不同的所述SCXI板卡具備不同的功能，所述SCXI機(jī)箱通過(guò)插入不同功能的所述SCXI板卡實(shí)現(xiàn)所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)的采集、所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)的輸入/輸出的模擬、和/或所述閉環(huán)數(shù)據(jù)流中的相關(guān)數(shù)據(jù)輸出；并且，所述衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)增加相應(yīng)功能的所述SCXI 板卡的方式實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。
[0016]于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述PXI機(jī)箱和/或所述SCXI機(jī)箱支持PXI總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。
[0017]如上所述，本發(fā)明的一種衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，是一套適用于姿態(tài)控制系統(tǒng)的從靜態(tài)閉路仿真到將衛(wèi)星接入整個(gè)星閉環(huán)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試的實(shí)時(shí)快速的原型仿真系統(tǒng)。本發(fā)明的衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)具有星上衛(wèi)星單機(jī)實(shí)物與單機(jī)仿真機(jī)無(wú)縫切換的功能，且具有通用性、超實(shí)時(shí)性，在對(duì)不同型號(hào)的衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試時(shí)，均不再需要重復(fù)改變整體架構(gòu)，而只需進(jìn)行對(duì)應(yīng)配置的擴(kuò)展(在PXI機(jī)箱增加對(duì)應(yīng)配置的PXI板卡，和/或在SCXI機(jī)箱增加對(duì)應(yīng)配置的SCXI板卡)，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期，減少了研發(fā)的成本?！靖綀D說(shuō)明】
[0018]圖1顯示為本發(fā)明的實(shí)施例公開(kāi)的一種衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2顯示為本發(fā)明的實(shí)施例公開(kāi)的一種衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向示意圖。
[0020]圖3顯示為本發(fā)明的實(shí)施例公開(kāi)的一種衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)的采集模擬設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0022]100衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)[〇〇23]11〇控制設(shè)備[〇〇24]120仿真設(shè)備[〇〇25]130采集模擬設(shè)備
[0026]131 PXI 機(jī)箱
[0027]132 SCXI機(jī)箱[〇〇28]140光纖反射內(nèi)存塊
[0029]150 外部接口【具體實(shí)施方式】
[0030]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，以下實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0031]請(qǐng)參閱附圖。需要說(shuō)明的是，以下實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、 形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0032]本發(fā)明的一種衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，包括控制設(shè)備、仿真設(shè)備和采集模擬設(shè)備，且控制設(shè)備、仿真設(shè)備和采集模擬設(shè)備均配置有光纖反射內(nèi)存卡，通過(guò)光纖連接三臺(tái)設(shè)備的光纖反射內(nèi)存卡形成閉環(huán)數(shù)據(jù)流，以實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)交互。本發(fā)明的控制設(shè)備和仿真設(shè)備采用xPC Target快速模型仿真，采集模擬設(shè)備采用基于Labview的實(shí)時(shí)ETS嵌入式目標(biāo)平臺(tái)。利用xPC Target技術(shù)、Labview實(shí)時(shí)技術(shù)和硬件配合使用，可快速、高效地開(kāi)發(fā)和部署復(fù)雜的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。并且，本發(fā)明的控制設(shè)備可以根據(jù)不同型號(hào)衛(wèi)星的姿控姿態(tài)測(cè)量部件和控制部件進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的編寫(xiě)，擴(kuò)展，通過(guò)仿真機(jī)運(yùn)行基于Simulink環(huán)境下的仿真模型。當(dāng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星仿真，則采用Simulink模型驅(qū)動(dòng)采集模擬設(shè)備中的實(shí)時(shí)的模擬/數(shù)字板卡仿真對(duì)應(yīng)衛(wèi)星的真實(shí)單機(jī)的信號(hào)的輸入/輸出，并在有衛(wèi)星的真實(shí)單機(jī)時(shí)可直接切換進(jìn)入衛(wèi)星的真實(shí)單機(jī)的實(shí)物測(cè)試模式;并且，為了應(yīng)對(duì)不同類(lèi)型的衛(wèi)星的仿真以及對(duì)衛(wèi)星的不同測(cè)試，整個(gè)仿真測(cè)試系統(tǒng)可以在不改變系統(tǒng)架構(gòu)的情況下，通過(guò)增加板卡(PXI板卡和/ 或SCXI板卡)的方式進(jìn)行通用擴(kuò)展。[〇〇33]如圖1所示，本實(shí)施例的衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)100包括:控制設(shè)備 110、仿真設(shè)備120、采集模擬設(shè)備130和三個(gè)光纖反射內(nèi)存卡140;三個(gè)光纖反射內(nèi)存卡140 分別與控制設(shè)備110、仿真設(shè)備120和采集模擬設(shè)備130配套使用。三個(gè)光纖反射內(nèi)存卡140 之間通過(guò)光纖互連，形成了一個(gè)閉環(huán)數(shù)據(jù)流，從而實(shí)現(xiàn)了控制設(shè)備110、仿真設(shè)備120和采集模擬設(shè)備130之間的多數(shù)據(jù)交互。并且，采用光纖反射內(nèi)存卡140能夠在保證數(shù)據(jù)不丟失的情況下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的超實(shí)時(shí)交互，其數(shù)據(jù)的走向如圖2所示。[〇〇34]本實(shí)施例的衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)100以Matlab/xPC實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)為核心，即對(duì)控制設(shè)備110和仿真設(shè)備120采用xPC Target技術(shù)，控制設(shè)備110相當(dāng)于xPC Target的主機(jī)，仿真設(shè)備120相當(dāng)于xPC Target的目標(biāo)機(jī)。在本實(shí)施例中，控制設(shè)備110和仿真設(shè)備120優(yōu)選為以運(yùn)行xPC Target和Matlab的PC機(jī)。例如，仿真設(shè)備120采用32位或64位的X86架構(gòu)的電腦，并且，將Mat lab運(yùn)行在32位模式下。[〇〇35]控制設(shè)備110用于根據(jù)待仿真測(cè)試的衛(wèi)星設(shè)計(jì)仿真模型;遠(yuǎn)程控制仿真設(shè)備120和采集模擬設(shè)備130;保存并監(jiān)控閉環(huán)數(shù)據(jù)流內(nèi)的交互數(shù)據(jù):
[0036]控制設(shè)備110是整個(gè)衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)100的前端機(jī)，其根據(jù)具體的待仿真測(cè)試的衛(wèi)星設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的仿真模型。在本實(shí)施例中，控制設(shè)備110利用Matlab中 5；[111111111^模型和3丨3丨6；^0￥模型設(shè)計(jì)待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的仿真模型，并利用1^11:1313的工具 Real-Time Workshop和Stateflow Coder自動(dòng)生成相應(yīng)的代碼。并且，控制設(shè)備110自動(dòng)生成的代碼被置于閉環(huán)數(shù)據(jù)流中，以便于仿真設(shè)備120獲取該代碼。[〇〇37]進(jìn)一步地，控制設(shè)備110設(shè)計(jì)的仿真模型包括但不限于姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型、軌道動(dòng)力學(xué)模型、環(huán)境模型和單機(jī)模型。其中，單機(jī)模型與待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的測(cè)試項(xiàng)目相關(guān)。單機(jī)模型包括但不限于星敏模型、飛輪模型、太敏模型和磁強(qiáng)計(jì)模型等等。并且，這些單機(jī)模型可根據(jù)衛(wèi)星的單機(jī)配置進(jìn)行擴(kuò)展。
[0038]控制設(shè)備110還通過(guò)對(duì)仿真設(shè)備120和采集模擬設(shè)備130的應(yīng)用程序進(jìn)行編輯、編譯、下載、控制運(yùn)行和停止等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真設(shè)備120和采集模擬設(shè)備130的遠(yuǎn)程控制。 [〇〇39]進(jìn)一步地，控制設(shè)備110還用于實(shí)時(shí)保存閉環(huán)數(shù)據(jù)流中的所有交互數(shù)據(jù)。優(yōu)選地， 將交互數(shù)據(jù)使用SQL(Structured Query Language，結(jié)構(gòu)化查詢(xún)語(yǔ)言)數(shù)據(jù)庫(kù)予以保存，以便于交互數(shù)據(jù)的管理和分析。并且，由于控制設(shè)備110是一臺(tái)PC機(jī)，因此，其具備顯示屏，用戶(hù)可以利用控制設(shè)備110對(duì)整個(gè)仿真測(cè)試系統(tǒng)100中的交互數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。
[0040]仿真設(shè)備120用于運(yùn)行待仿真測(cè)試衛(wèi)星的仿真模型:[〇〇411仿真設(shè)備120獲取控制設(shè)備110自動(dòng)生成的仿真模型的代碼，并通過(guò)Matlab的 Simulnk模型運(yùn)行獲取的代碼。[〇〇42]采集模擬設(shè)備130用于在所述控制設(shè)備無(wú)法根據(jù)待仿真測(cè)試的衛(wèi)星設(shè)計(jì)所述仿真模型時(shí)，模擬待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的輸入/輸出的信號(hào)數(shù)據(jù)。并且本實(shí)施例的采集模擬設(shè)備為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采樣及信號(hào)模擬，采用基于Labview的pharlap ETS嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。
[0043]控制設(shè)備110可以根據(jù)不同型號(hào)的衛(wèi)星的姿控姿態(tài)測(cè)量部件和控制部件進(jìn)行仿真模型的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展;但是控制設(shè)備110也并不一定能夠?qū)崿F(xiàn)所有衛(wèi)星真實(shí)單機(jī)的仿真模型的設(shè)計(jì)。因此，在控制設(shè)備110無(wú)法設(shè)計(jì)出待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的仿真模型時(shí)，控制設(shè)備110利用Matlab的Simulnk模型驅(qū)動(dòng)采集模擬設(shè)備130模擬待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)的輸入/輸出。
[0044]進(jìn)一步地，采集模擬設(shè)備130還具備一外部接口 150，外部接口 150用于與外部測(cè)試設(shè)備相連接。采集模擬設(shè)備130通過(guò)外部接口 150可將閉環(huán)數(shù)據(jù)流中的相關(guān)數(shù)據(jù)輸出至外部測(cè)試設(shè)備進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。
[0045]外部接口 150還用于與待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的真實(shí)單機(jī)相連接:
[0046]在控制設(shè)備110無(wú)法設(shè)計(jì)出待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的仿真模型時(shí)，本實(shí)施例的測(cè)試仿真系統(tǒng)通過(guò)兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試仿真:
[0047]其一，控制設(shè)備110驅(qū)動(dòng)采集模擬設(shè)備130直接模擬待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)的輸入/輸出，根據(jù)模擬的信號(hào)的輸入/輸出，控制設(shè)備110來(lái)設(shè)計(jì)仿真模型，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的仿真測(cè)試；[〇〇48]其二，通過(guò)采集模擬設(shè)備130的外部接口 150直接與待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的真實(shí)單機(jī)相連接，接收待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的真實(shí)單機(jī)的信號(hào)，并對(duì)待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的真實(shí)單機(jī)發(fā)送控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的真實(shí)單機(jī)的實(shí)物測(cè)試。[〇〇49]如圖3所示，本實(shí)施例的采集模擬設(shè)備130包括PXI機(jī)箱131，PXI機(jī)箱131包括多個(gè) PXI插槽和至少一個(gè)PXI板卡，其中，PXI板卡通過(guò)PXI插槽插入PXI機(jī)箱131。并且，PXI機(jī)箱 131 支持NI工業(yè)控制的PXI (Peripheral Component Interconnect1n extens1ns for Ins trumentat i on，面向儀器系統(tǒng)的外圍組件互連的擴(kuò)展)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。
[0050]—般情況下，PXI機(jī)箱131包括16個(gè)PXI插槽，在實(shí)際使用的時(shí)候，并不一定每一個(gè) PXI插槽都插入PXI板卡，未插入PXI板卡的PXI插槽作為擴(kuò)展插槽，以便于通過(guò)插入PXI板卡來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)仿真測(cè)試系統(tǒng)100的擴(kuò)展。
[0051]PXI板卡是功能型板卡，不同功能的PXI板卡可實(shí)現(xiàn)不同的功能。用戶(hù)可以根據(jù)不同的待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的單機(jī)接口選擇配置對(duì)應(yīng)功能的PXI板卡插入至PXI機(jī)箱131。并且， 采集模擬設(shè)備130的外部接口 150設(shè)置于PXI板卡上。PXI機(jī)箱131通過(guò)插入不同功能的PXI板卡來(lái)實(shí)現(xiàn):待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的真實(shí)單機(jī)的信號(hào)的采集;待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)的輸入/ 輸出的模擬;和/或閉環(huán)數(shù)據(jù)流中的相關(guān)數(shù)據(jù)的輸出。[〇〇52]進(jìn)一步地，為了適應(yīng)不同的待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的單機(jī)接口，PXI板卡有很多種類(lèi)， 包括但不限于:多通道DAQ板卡、RS422板卡和CAN總線(xiàn)板卡等等。PXI機(jī)箱131通過(guò)配置多通道DAQ(Data Acquisit1n，數(shù)據(jù)采集)板卡實(shí)現(xiàn)電路/電壓/數(shù)字10的輸入輸出；通過(guò)配置 RS422板卡可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)RS422接口與外部(待仿真測(cè)試衛(wèi)星的真實(shí)單機(jī)和/或外部測(cè)試設(shè)備)的通信;通過(guò)配置CAN(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò))總線(xiàn)板卡可與外部 (待仿真測(cè)試衛(wèi)星的真實(shí)單機(jī)和/或外部測(cè)試設(shè)備)通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信。本發(fā)明的衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)的PXI板卡并不僅限于上述的板卡類(lèi)型，只要是支撐PXI總結(jié)結(jié)構(gòu)的PXI板卡均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。[〇〇53] PXI機(jī)箱131的插槽畢竟是有限的，為了在不改變整個(gè)衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)的整體架構(gòu)，本實(shí)施例在采集模擬設(shè)備130中增加了SCXI(Signal Condit1ning extens1ns for Instrumental:1on，信號(hào)調(diào)理在儀器上的擴(kuò)展)機(jī)箱132，SCXI機(jī)箱132與 PXI機(jī)箱131相連，用于在不需要增加PXI板卡的情況下通過(guò)數(shù)據(jù)的通道復(fù)用技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)PXI 機(jī)箱131的擴(kuò)展、模擬通道的隔離以及信號(hào)調(diào)制放大，從而有效避免地測(cè)設(shè)備對(duì)整星信號(hào)直接交互，起到保護(hù)整星的作用。例如，通過(guò)SCXI機(jī)箱132可以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)輸入/輸出、數(shù)字信號(hào)輸入/輸出的通道復(fù)用，可以進(jìn)行多通道采集和信號(hào)模擬輸出擴(kuò)展，這樣就不需要再在 PXI機(jī)箱131內(nèi)額外插入更多的PXI板卡。[〇〇54] 如圖3所示，SCXI機(jī)箱132括多個(gè)SCXI插槽和至少一個(gè)SCXI板卡，其中，SCXI板卡通過(guò)SCXI插槽插入SCXI機(jī)箱132。并且，SCXI機(jī)箱132同樣支持NI工業(yè)控制的PXI總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。
[0055]在實(shí)際使用的時(shí)候，SCXI機(jī)箱132并不一定每一個(gè)SCXI插槽都插入SCXI板卡，未插入SCXI板卡的SCXI插槽作為擴(kuò)展插槽，以便于通過(guò)插入SCXI板卡來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)仿真測(cè)試系統(tǒng) 100的擴(kuò)展。
[0056]SCXI板卡是功能型板卡，不同功能的SCXI板卡可實(shí)現(xiàn)不同的功能。用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際需要選擇對(duì)應(yīng)功能的SCXI板卡插入至SCXI機(jī)箱132。并且，采集模擬設(shè)備130的外部接口 150可設(shè)置于SCXI板卡上。SCXI機(jī)箱132通過(guò)插入不同功能的SCXI板卡來(lái)實(shí)現(xiàn):待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的真實(shí)單機(jī)的信號(hào)的采集;待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)的輸入/輸出的模擬;和/或閉環(huán)數(shù)據(jù)流中的相關(guān)數(shù)據(jù)的輸出。
[0057]此外，為了突出本發(fā)明的創(chuàng)新部分，本實(shí)施例中并沒(méi)有將與解決本發(fā)明所提出的技術(shù)問(wèn)題關(guān)系不太密切的設(shè)備引入，但這并不表明本實(shí)施例中不存在其它的設(shè)備。[〇〇58]綜上所述，本發(fā)明的一種衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，是一套適用于姿態(tài)控制系統(tǒng)的從靜態(tài)閉路仿真到將衛(wèi)星接入整個(gè)星閉環(huán)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試的實(shí)時(shí)快速的原型仿真系統(tǒng)。本發(fā)明的衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)具有星上衛(wèi)星單機(jī)實(shí)物與單機(jī)仿真機(jī)無(wú)縫切換的功能，且具有通用性、超實(shí)時(shí)性，在對(duì)不同型號(hào)的衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試時(shí)，均不再需要重復(fù)改變整體架構(gòu)，而只需進(jìn)行對(duì)應(yīng)配置的擴(kuò)展(在PXI機(jī)箱增加對(duì)應(yīng)配置的PXI板卡，和/或在SCXI機(jī)箱增加對(duì)應(yīng)配置的SCXI板卡)，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期，減少了研發(fā)的成本。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0059]上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，包括:控制設(shè)備、仿真設(shè)備和 采集模擬設(shè)備；所述控制設(shè)備、所述仿真設(shè)備和所述采集模擬設(shè)備均配置有光纖反射內(nèi)存卡;所述控 制設(shè)備、所述仿真設(shè)備和所述采集模擬設(shè)備的所述光纖反射內(nèi)存卡之間通過(guò)光纖兩兩互 連，形成閉環(huán)數(shù)據(jù)流;所述控制設(shè)備、所述仿真設(shè)備和所述采集模擬設(shè)備在所述閉環(huán)數(shù)據(jù)流 中實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)交互；所述控制設(shè)備用于根據(jù)待仿真測(cè)試的衛(wèi)星設(shè)計(jì)仿真模型;遠(yuǎn)程控制所述仿真設(shè)備和所 述采集模擬設(shè)備;保存并監(jiān)控所述閉環(huán)數(shù)據(jù)流內(nèi)的交互數(shù)據(jù)；所述仿真設(shè)備用于運(yùn)行所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的所述仿真模型；所述采集模擬設(shè)備用于在所述控制設(shè)備無(wú)法根據(jù)所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星設(shè)計(jì)所述仿 真模型時(shí)，模擬所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)的輸入/輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述控制設(shè) 備對(duì)對(duì)所述仿真設(shè)備和所述采集模擬設(shè)備的遠(yuǎn)程控制是通過(guò)對(duì)所述仿真設(shè)備和所述采集 模擬設(shè)備的應(yīng)用程序進(jìn)行編輯、處理和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的;且所述交互數(shù)據(jù)被保存至SQL數(shù)據(jù)庫(kù) 中的。3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述控制設(shè) 備和所述仿真設(shè)備采用xPC Targe t技術(shù)；所述控制設(shè)備通過(guò)Mat lab的Simu Ink模型和 Stateflow模型設(shè)計(jì)所述仿真模型，并生成相應(yīng)的代碼;所述仿真設(shè)備運(yùn)行所述控制設(shè)備生 成的所述仿真模型的所述代碼。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述仿真模 型包括姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型、軌道動(dòng)力學(xué)模型、環(huán)境模型和單機(jī)模型。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述采集模 擬設(shè)備還具備與外部測(cè)試設(shè)備或所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星連接的外部接口，用于采集所述待 仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)至所述閉環(huán)數(shù)據(jù)流；向所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星和/或所述外部測(cè)試 設(shè)備輸出所述閉環(huán)數(shù)據(jù)流中的相關(guān)數(shù)據(jù)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述采集模 擬設(shè)備采用基于Labview的pharlap ETS嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，包括一PXI機(jī)箱，所述PXI機(jī)箱包括多個(gè)PXI板卡插槽、至少一個(gè)通過(guò)所述PXI板卡插槽插入至所述PXI機(jī) 箱的PXI板卡；其中，不同的所述PXI板卡具備不同的功能，所述PXI機(jī)箱通過(guò)插入不同功能 的所述PXI板卡實(shí)現(xiàn)所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星信號(hào)的采集、所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)的 輸入/輸出的模擬、和/或所述閉環(huán)數(shù)據(jù)流中的相關(guān)數(shù)據(jù)的輸出；并且，所述衛(wèi)星的姿態(tài)控制 地面仿真測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)增加相應(yīng)功能的所述PXI板卡的方式實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述PXI板 卡是根據(jù)不同的所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的單機(jī)接口進(jìn)行選擇配置的，包括多通道DAQ板卡、 RS422板卡和CAN總線(xiàn)板卡。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述采集模 擬設(shè)備還包括與所述PXI機(jī)箱相連的SCXI機(jī)箱;所述SCXI機(jī)箱用于通過(guò)通道復(fù)用實(shí)現(xiàn)所述 PXI機(jī)箱的擴(kuò)展、模擬通道的信號(hào)隔離和信號(hào)調(diào)制放大。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述SCXI機(jī)箱包括多個(gè)SCXI板卡插槽、至少一個(gè)通過(guò)所述SCXI板卡插槽插入至所述SCXI機(jī)箱的SCXI板 卡;其中，不同的所述SCXI板卡具備不同的功能，所述SCXI機(jī)箱通過(guò)插入不同功能的所述SCXI板卡實(shí)現(xiàn)所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào) 的采集、所述待仿真測(cè)試的衛(wèi)星的信號(hào)的輸入/輸出的模擬、和/或所述閉環(huán)數(shù)據(jù)流中的相 關(guān)數(shù)據(jù)輸出;并且，所述衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)增加相應(yīng)功能的所述SCXI板卡的方式實(shí) 現(xiàn)功能擴(kuò)展。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的衛(wèi)星的姿態(tài)控制地面仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述PXI機(jī) 箱和/或所述SCXI機(jī)箱支持PXI總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK105974907SQ201610316551
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】容建剛, 劉善伍, 高海云, 張學(xué)鋼, 陳宏宇
【申請(qǐng)人】上海微小衛(wèi)星工程中心