CN106647335A - 一种数字化卫星姿轨控算法地面仿真验证*** - Google Patents
一种数字化卫星姿轨控算法地面仿真验证*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种数字化卫星姿轨控算法地面仿真验证***，包括：仿真平台、上位机平台、数据中转平台及卫星控制算法平台；所述仿真平台适于获取卫星姿态及轨道算法的控制信息并在预定仿真环境中依据动力学模型运行以产生卫星的真实姿态及轨道，输出卫星仿真信息；所述上位机平台适于接收所述卫星仿真信息，基于所述卫星仿真信息设置与所述动力学模型有关的参数并根据用户输入的指令发出操作所述仿真平台的操作信息至所述仿真平台；所述卫星控制算法平台适于根据所述卫星仿真信息确定所述卫星姿态及轨道的算法，并发出执行所述卫星姿态及轨道算法的控制信息至所述仿真平台。本发明能够实现卫星仿真验证***的联动运行，提升卫星仿真的集成度。
Description
技术领域
本发明涉及数字化卫星通信领域，特别涉及一种数字化卫星姿轨控算法地面仿真验证***。
背景技术
卫星姿态及轨道控制的测试平台，是卫星各大测试平台中复杂性、技术性最突出的测试平台之一。其单机和测试平台的地面试验、测试平台参与整星电联试等，都是姿控测试平台研制的重要组成部分。姿态及轨道控制仿真地面测试平台是地面验证不可缺少的，有效地检查星上软件的功能和设计上的缺陷，模拟太空飞行试验，而且还可检验方案设计的正确性，从试验中发现隐患，排除故障，提高卫星平台的可靠性。随着卫星研制周期的缩短和成本的不断降低，一方面要求测试***设计采用成熟可靠的设计思想，另一方面需要根据测试的具体要求采用通用灵活、简易直观的技术手段。
在卫星姿态及轨道控制地面实时仿真过程中，目前国内外的通用做法是采用Matlab实时框架xPC Target/Simulink Real-Time、VxWorks实时操作***等，使用xPCTarget/Simulink Real-Time实时仿真有利于实现控制***的快速原型化及硬件在回路中的测试。相对于VxWorks高昂的价格，xPC Target/SimulinkReal-Time是个很好的选择。但xPC Target/Simulink Real-Time操作过程繁琐，数据观测不便，参数设置复杂，仿真调试进度受到严重制约。xPC Target/Simulink Real-Time虽然提供丰富的标准I/O板的I/O驱动设备库，但涉及使用特殊的数据采集和通信板卡，需要自行编写驱动，无疑增加过多的无谓工作量，如xPC Target/Simulink Real-Time支持的RS422串口卡就是受限的。并且传统的姿态及轨道控制仿真测试虽然可以通过观测数据判断卫星的运行状态，但涉及到多方面数据联动时集成度大大降低，并且时常需要涉及额外的计算，增加重复的工作量，不能真实的实现卫星模拟。
发明内容
本发明技术方案所解决的技术问题为，如何实现卫星仿真验证***的联动运行，提升卫星仿真的集成度。
为了解决上述技术问题，本发明技术方案提供了一种数字化卫星姿轨控算法地面仿真验证***，包括：仿真平台、上位机平台、数据中转平台及卫星控制算法平台；所述仿真平台通过所述数据中转平台与所述卫星控制算法平台所述仿真平台通信；
所述仿真平台适于获取卫星姿态及轨道算法的控制信息并在预定仿真环境中依据动力学模型运行以产生卫星的真实姿态及轨道，输出卫星仿真信息；
所述上位机平台适于接收所述卫星仿真信息，基于所述卫星仿真信息设置与所述动力学模型有关的参数并根据用户输入的指令发出操作所述仿真平台的操作信息至所述仿真平台；
所述卫星控制算法平台适于根据所述卫星仿真信息确定所述卫星姿态及轨道的算法，并发出所述卫星姿态及轨道算法的控制信息至所述仿真平台。
可选的，所述预定仿真环境为Simulink Real-Time环境。
可选的，所述动力学模型包括以下模型中的至少一种：姿态动力学模型、轨道动力学模型、天体模型。
可选的，所述卫星仿真信息包括姿态测量数据，所述控制信息包括所述控制力矩信息；所述仿真平台包括：
卫星姿态及轨道确定单元，适于根据卫星的姿态角信息、太阳位置信息及卫星轨道，利用敏感器模型产生敏感器输出的姿态测量数据；
通信单元，适于将所述姿态测量数据传递至所述卫星控制算法平台，并接收执行器发出的所述控制信息；
控制单元，适于利用所述执行器模型产生控制力矩信息控制卫星姿态和轨道。
可选的，所述卫星仿真信息至少包括：卫星轨道数据、姿态数据、敏感器数据和执行器采集数据。
可选的，所述仿真平台通过UDP广播的方式分别与所述上位机平台及数据中转平台通信。
可选的，所述上位机平台包括：
与所述仿真平台实现连接控制的第一单元；
实现仿真应用程序下载、运行、停止、卸载的第二单元，
实现仿真参数设置及采集的第三单元；
实现应用程序仿真参数设置的第四单元；
实现应用程序仿真数据采集的第五单元；
实现故障仿真的第六单元；
实现操作所述仿真平台的第七单元；
可选的，所述第二单元适于下载已经编译的DLM动力学模型文件到所述仿真平台中，运行动力学模型应用程序，或者执行停止和卸载应用程序；
所述第三单元适于根据内部或外部输入设置采样周期、最长运行时间，或者获取仿真当前运行时间；
所述第四单元适于根据内部或外部输入设置以下至少一种信息：轨道初始时间、轨道六要素、初始姿态角、初始姿态角速度、反作用飞轮初始转速、敏感器安装矩阵；
所述第五单元适于接收所述仿真平台传递的卫星仿真数据，并进行解析，以文本和实时曲线的方式显示在界面上；
所述第六单元适于利用应用程序仿真参数设置，设置动力学模型的故障参数；
所述第七单元适于动态地为所述仿真平台或外部数据库添加示波器以检测仿真数据，使用文件***保存数据至所述仿真平台或数据库。
可选的，所述数据中转平台适于采集所述卫星仿真信息及控制信息并写入外部数据库。
可选的，所述数据中转平台包括：
第一封装单元，适于对所述卫星仿真信息依据第一通信协议进行第一封装；
第一发送单元，适于将第一封装后的卫星仿真信息依据第二通信协议发送至所述卫星控制算法平台；
第二封装单元，适于对所述控制信息依据所述第二通信协议进行第二封装；
第二发送单元，适于对所述第二封装后的控制信息依据所述第一通信协议传输至所述仿真平台。
可选的，所述第一通信协议是TCP/IP，所述第二通信协议是RS422。
可选的，所述卫星控制算法平台包括：
所述卫星姿态及轨道的算法包括：姿态确定、姿态控制、轨道控制、故障诊断与重构、模式切换。
可选的，所述仿真验证***还包括：显示平台；所述显示平台适于接收所述卫星仿真信息和/或外部输入的卫星运行信息以提供卫星运行的图形信息。
可选的，所述显示平台包括：场景动画显示区、场景控制区、地面站控制区、卫星控制区、场景运行控制区、场景显示控制区以及姿态轨道控制区。
本发明技术方案的技术效果至少包括：
本发明技术方案提供的仿真验证***建立了一种稳定高效的、简易直观的、灵活通用的测试平台，可集成卫星姿态及轨道控制动力学仿真平台及其人性化的上位机操作平台，并可添加生动直观的卫星运行三维动画平台，并受卫星姿态及轨道控制制算法平台仿真控制，可兼做数据转发、存储、监控功能的数据中转平台，能够实现卫星姿态及轨道控制动力学仿真及控制算法的闭环控制。
本发明技术方案的各个功能模块之间能够相互协调并形成闭环通信，可对卫星运行姿态及轨道进行仿真模型建立，特别是充分实现了对卫星姿态及轨道的控制算法的验证，本发明技术方案能够在***内部实现数据通信并实现闭环控制。
本发明技术方案的仿真过程也可直观地被显示平台所显示(三维图像)并基于数据中转平台实现数据的转发、存储及监控。本发明技术方案不同于现有技术中的仿真验证***，可实现数据集成并且闭环处理，连同本发明技术方案的整体仿真信息、控制信息及操作信息，大大简化驱动设备的设置量，减少通信接口的匹配限制，实现多层次数据的联动及提高了设备运行的集成度。
本发明技术方案可采用LabVIEW构建上位机主控平台、Simulink Real-Time作为卫星姿态及轨道控制应用程序仿真平台，使用双机模式，有效的解决Simulink Real-Time的控制操作、仿真过程信号监测与参数设置繁琐等问题。不仅大大提高卫星姿态及轨道控制算法的验证效率，加快卫星姿态及轨道控制地面仿真研制进度，而且使得仿真过程控制、仿真数据采集、仿真参数设置等方面变得异常简易。引入STK三维动画显示平台有助于直观的查看卫星的运行姿态和轨道，而无需反复推算。而使用数据中转平台，不仅使RS-422异步串口协议转换为TCP/IP网络协议，避开xPC Target/Simulink Real-Time不支持通用RS-422串口卡的问题，而且将卫星姿态及轨道控制动力学仿真数据与控制算法平台数据统一汇聚，便于监控调试和数据存储。
本发明技术方案既可用于数学仿真，又可用于半物理仿真，实现从数学仿真模式到半物理仿真模式逐步推进；人性化的人机接口，软件平台易于操作、调试、高度自动化，数据观测、状态显示直观且形象；卫星姿态及轨道控制仿真过程中仿真参数设置、信号采集、初始参数设置、故障设置等完全脱离xPC Target/Simulink Real-Time的繁琐操作，无需修改仿真模型；搭建方便，硬件平台均采用统一的接口标准，软件平台模块和层次鲜明，所有的独立功能都进行子函数封装，高度复用。软件参数的配置采用XML配置文件形式。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明技术方案提供的一种数字化卫星姿轨控算法地面仿真验证***结构示意图；
图2为本发明技术方案提供的另一种数字化卫星姿轨控算法地面仿真验证***结构示意图；
图3为本发明技术方案所提供基于数字化卫星姿态轨道控制算法的仿真验证***应用例的结构示意图；
图4为本发明技术方案所提供基于数字化卫星姿态轨道控制算法的仿真验证***中上位机平台的操作仿真流程示意图；
图5为本发明技术方案所提供基于数字化卫星姿态轨道控制算法的仿真***仿真验证***中上位机平台的操作面板示意图；
图6为本发明技术方案所提供基于数字化卫星姿态轨道控制算法的仿真验证***中三维动画显示平台的场景示意图。
具体实施方式
为了更好的使本发明的技术方案清晰的表示出来，下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明技术方案所述基于数字化卫星姿态轨道控制算法的仿真验证***，可快速验证卫星姿态及轨道控制***方案，优化***参数，主要验证内容包括：
(1)验证姿态及轨道控制分***方案正确性，包括定姿方案和控制方案；
(2)验证各种定姿和控制算法，验证各项功能和性能指标是否满足要求；
(3)对***可能出现的故障及排除故障的对策进行模拟研究，确定故障诊断和重构的策略；
(4)验证敏感器和执行机构数学模型正确性；
(5)验证在不同工作模式下姿态及轨道控制分***单机协同工作的匹配性，模式设置和模式切换正确性和合理性；
(6)找出设计缺陷，为后续工作提出优化方案。
基于上述构建本发明技术方案所述仿真验证***的思路，在一种实现方式下，本发明技术方案的仿真验证***具体如图1所示，可以包括：仿真平台、上位机平台、数据中转平台及卫星控制算法平台。
进一步，姿态及轨道控制动力学的仿真平台可在Simulink Real-Time环境中实时仿真卫星姿轨动力学模型，产生卫星真实姿态和轨道，输出轨道、姿态、敏感器和执行器采集数据，接收来自算法控制平台的控制指令。
进一步，本发明技术方案的仿真验证***包括使用LabVIEW调用Simulink Real-Time的API接口搭建上位机平台，实现仿真机的连接操作，应用程序的下载运行，仿真参数的设置，应用程序的参数设置及数据采集，以及故障仿真等。应用程序是已编译的DLM动力学模型文件，上位机接收动力学仿真平台UDP广播的姿态及轨道控制仿真数据并进行解析，以文本和实时曲线的方式显示在界面上。软件既能充分利用LabVIEW界面友好、操作简便的优点，又能有效发挥xPC平台实时性高的优点。
进一步，本发明技术方案可利用数据中转平台接收转发动力学仿真数据至控制算法平台，接收转发控制算法平台控制指令至动力学仿真平台，承担动力学仿真平台和控制算法平台的桥梁的角色，最终实现卫星姿态及轨道控制闭环。并完成姿态及轨道控制仿真数据及控制指令存储。
进一步，本发明技术方案还可以包括卫星控制算法平台，完成姿态及轨道控制算法，包括姿态确定、姿态控制、轨道控制、故障诊断与重构、模式切换等，输出执行器控制指令，形成闭环控制。
基于图1的仿真验证***，本发明技术方案的仿真验证***基于如下连接关系进行通信并实现仿真：
所述仿真平台通过所述数据中转平台与所述卫星控制算法平台所述仿真平台通信；
所述仿真平台适于获取卫星姿态及轨道算法的控制信息并在预定仿真环境中依据动力学模型运行以产生卫星的真实姿态及轨道，输出卫星仿真信息；
所述上位机平台适于接收所述卫星仿真信息，基于所述卫星仿真信息设置与所述动力学模型有关的参数并根据用户输入的指令发出操作所述仿真平台的操作信息至所述仿真平台；
所述卫星控制算法平台适于根据所述卫星仿真信息确定所述卫星姿态及轨道的算法，并发出执行所述卫星姿态及轨道算法的控制信息至所述仿真平台。
具体的：所述仿真平台是基于卫星的姿态及轨道确定算法及动力学模型所建立的仿真数据平台，其在Simulink Real-Time环境中实时运行卫星姿轨动力学模型，产生卫星真实姿态和轨道。
所述动力学模型，包括姿态动力学模型、轨道动力学模型、天体模型等，根据卫星的姿态角信息，太阳位置信息、卫星轨道，利用敏感器模型产生敏感器输出的姿态测量数据给姿态及轨道控制制算法平台，同时接收执行机构的控制指令，利用执行机构模型产生控制力矩控制卫星姿态和轨道。
所述Matlab Simulink Real-Time，前期版本称为Matlab xPC Target，可让工程师在连接到其物理***的特定目标计算机硬件上，通过Simulink模型建立、测试和运行实时应用程序，提供完整的端到端实时仿真和测试解决方案。xPC Target/Simulink Real-Time提供支持丰富的标准I/O板的I/O驱动设备库，使用xPC Target/Simulink Real-Time实时仿真有助于实现控制***的快速原型化及硬件在回路中的测试。
所述Simulink Real-Time运行环境，包括硬件环境和软件环境。硬件采用通用的工控机，操作***即Simulink Real-Time实时操作***，应用程序是Simulink模型编译生成的DLM文件。Simulink Real-Time仿真环境的启动支持可移动磁盘、CD、DOS引导、网络等方式，连接控制则支持TCP/IP、RS-232两种方式。在Matlab Simulink Real-Time Explorer中可以进行配置和控制，Simulink Real-Time启动之后，通过上位机进行连接和下载DLM应用程序，即可运行应用程序进行实时仿真。
动力学仿真平台输出的数据包括卫星轨道数据、姿态数据、敏感器数据和执行器采集数据，接收的数据包括执行器的控制指令。通过UDP广播的方式与上位机平台及数据中转平台通信。
所述上位机平台，硬件平台是普通的PC机或工作站，上位机软件作为人机交互的接口，使用LabVIEW搭建，是基于Matlab Simulink Real-Time及其API技术、LabVIEW与DLL接口技术，并结合TCP/IP网络通信与数据处理技术，针对卫星姿态及轨道控制地面仿真平台的控制与监测前端。
所述Simulink Real-Time/xPC Target API函数，是指其提供的一组可以被第三方应用调用的函数，包含C/C++API和.NET API，包括自定义驱动、调试、信号监控、信号跟踪、信号日志、参数设置等类型函数。
上位机软件主要包含实现以下功能的各个模块，以下功能分部集成于独立的模块，也可以多个功能集成于同一模块：
(1)动力学仿真机的连接控制，如连接、断开；
(2)仿真应用程序的下载、运行、停止、卸载；
(3)仿真参数设置及采集，如采样周期、运行时间等；
(4)应用程序仿真参数设置，如初始姿态角、初始姿态角速度等；
(5)应用程序仿真数据采集，并进行图文显示；
(6)姿态及轨道控制故障仿真；
(7)仿真机操作，如示波器和文件***。
所述动力学仿真机的连接控制，是与动力学仿真机交互的前提，后续的上位机对仿真机的所有操作都是建立在连接之上的。
所述仿真应用程序的操作，包括下载已经编译的DLM动力学模型文件到SimulinkReal-Time仿真机中，运行动力学模型应用程序，可也以执行停止和卸载应用程序。
所述仿真参数设置及采集，如设置采样周期、最长运行时间，获取仿真当前运行时间等；
所述应用程序仿真参数设置，如轨道初始时间、轨道六要素、初始姿态角、初始姿态角速度、反作用飞轮初始转速、敏感器安装矩阵等；
应用程序仿真数据采集，是指接收动力学仿真平台UDP广播的姿态、轨道、敏感器和执行器数据，并进行解析，以文本和实时曲线的方式显示在界面上。不仅可以观测当前值，还可以观察一段时间内的数据变化趋势。
所述姿态及轨道控制故障仿真，实质上是利用应用程序仿真参数设置，设置动力学模型的故障参数，如禁用其中一个反作用飞轮模拟飞轮故障，以此作为故障诊断和故障修复的依据。
所述仿真目标机操作，包括动态为目标机添加示波器以检测仿真数据，使用文件***保存数据至目标机上等。
所述数据中转平台，是卫星姿态及轨道控制动力学仿真平台和卫星控制算法平台的桥梁，承担数据转发的角色，最终实现卫星姿态及轨道控制闭环。另外与数据库进行交互，实现数据存储。因此其主要功能包括：接收转发动力学仿真数据至控制算法平台，接收转发控制算法平台控制指令至动力学仿真平台，姿态及轨道控制仿真数据和控制指令的存储等。
所述接收转发动力学仿真数据至控制算法平台，数据中转平台与动力学仿真平台的通信协议是TCP/IP，接收仿真的卫星姿态、轨道、敏感器和执行器采集数据并进行解析，然后依据协议重新进行封装，发送至控制算法平台，数据中转平台与控制算法平台的通信协议是异步RS422。
所述接收转发控制算法平台控制指令至动力学仿真平台，则通过RS422接收卫星控制算法平台的控制指令，重新封装后，通过TCP/IP送往姿态及轨道控制动力学仿真机，实现卫星姿态及轨道控制仿真闭环。
所述数据中转平台，在数据接收与转发的双向过程中，均进行解析和重新封装，因此可以实现所有数据量的实时更新显示，便于卫星姿态及轨道控制动力学仿真及控制算法的监控和调试。
所述姿态及轨道控制数据存储，包括仿真数据和控制指令的存储，而且数据是同步的，数据库可采用常见的数据库***，如Microsoft SQL Server或MySQL，储存数据有助于后期的数据分析。
所述卫星控制算法平台，完成姿态及轨道控制算法，包括姿态确定、姿态控制、轨道控制、故障诊断与重构、模式切换等，输出执行器控制指令，形成闭环控制。
在另一种实现方式下，本发明技术方案的仿真验证***如图2所示，可以包括：仿真平台、上位机平台、数据中转平台、卫星控制算法平台及显示平台。与图1所示仿真验证***不同的是，本发明技术方案的仿真验证***具体利用卫星姿轨运行实时三维动画显示平台，基于LabVIEW构建，利用STK/Connect模块实现与STK的交互。接收动力学仿真平台发送的姿态数据和轨道数据实时设置卫星的姿轨运行状态，提供逼真的三维动画显示效果。
具体的，所述卫星姿轨运行实时三维动画显示平台，硬件平台是普通的PC机或工作站，软件平台也是基于LabVIEW构建，利用STK/Connect模块、LabVIEW与ActiveX接口技术，通过LabVIEW的ActiveX容器创建STK的Globe Control和Map Control对象，建立通信连接，实现LabVIEW与STK的交互。
实时三维动画显示平台不仅可以自定义和获取卫星姿态轨道运行参数，而且可以接收卫星姿态及轨道控制动力学仿真平台发送的姿态数据和轨道数据实时设置卫星的姿轨运行状态，提供逼真的三维动画显示效果。
所述实时三维动画显示软件平台，分为场景动画显示区和六大功能控制区：场景控制区、地面站控制区、卫星控制区、场景运行控制区、场景显示控制区以及姿态轨道控制区。
所述场景控制区，包括场景的新建、卸载、加载、保存以及场景时间周期和场景动画参数的设置。
所述地面站控制区，包括地面站的添加及设置，通信参数的设置以建立星地链路。
所述卫星控制区，包括卫星的添加，坐标***及类型、轨道模型及六要素、时间周期、阳照区标识等设置。
所述场景运行控制区，主要负责场景运行控制，如场景运行开始、暂停、复位、单步、加速等，还可以设置场景运行模式，如普通模式、实时模式。更重要的，可以设置场景当前运行时间，实现场景运行与卫星星上时间的同步。
所述场景显示控制区，主要用于设置显示卫星运行的视角及数据，包括在本体坐标系下观测卫星、显示卫星坐标轴、显示卫星运行参数等。
所述姿态轨道控制区，是指开启并接收动力学仿真平台发送的卫星运行姿态和轨道数据，实现实时设置卫星三维动画运行显示的效果。
所述场景动画显示区包含二维地图动画和三维地球动画显示，二维地图动画主要显示卫星运行的星下点轨迹，三维动画显示的内容包括：
(1)卫星(包括轨道)和地球的运行状态显示；
(2)场景运行参数：如运行时间、运行模式以及卫星信息等；
(3)卫星运行数据：如轨道六要素、姿态四元素、轨道RV参数、欧拉角等；
(4)坐标轴：可以显示J200、Body、VVLH坐标系下的坐标轴；
所述实时三维动画显示软件平台的基本运行流程为：
(1)建立场景；
(2)添加卫星；
(3)设置卫星运行参数，初始化卫星；
(4)设置视图及坐标轴；
(5)设置实时运行场景；
(6)开始运行场景；
(7)实时控制卫星姿态和轨道参数；
(8)场景运行时间同步；
(9)停止运行及卸载场景。
所述场景运行时间同步，在实时设置卫星姿态和轨道参数的情况下，如果场景当前运行时间与设置的卫星星上时间不一致，将会导致卫星在场景中不可见，因此需要设置场景运行时间与卫星星上时间同步。
本发明技术方案的一则应用例可参看图3，图3所示的一种数字化卫星姿轨控算法地面仿真验证***具体包括如下结构及通信连接方式：
卫星姿态及轨道控制动力学仿真平台(即图3中的动力学仿真机)产生卫星真实姿态和轨道，并广播轨道、姿态、敏感器和执行器采集数据信息(UDP协议)，同时接收来自算法控制平台(即图3中的卫星平台)的控制指令，以及上位机平台(即图3中的上位机)发送的仿真机控制及仿真参数设置指令(基于TCP协议与仿真平台进行通信)。上位机接收动力学仿真机广播的姿轨数据、敏感器数据和执行器数据，并实现图文显示，同时执行动力学仿真机的连接、下载应用程序、启动应用程序、设置仿真参数、设置应用程序参数、启用目标机示波器监控等操作。卫星姿轨运行实时三维动画显示平台接收动力学仿真机广播的姿态和轨道数据，实时设置STK模型中卫星的姿轨运行状态，提供逼真的三维动画显示。数据中转平台接收动力学仿真机的姿轨数据及敏感器测量数据，解析并转发至控制算法平台(RS-422协议)，同时接收控制算法平台的控制指令(RS-422协议)，解析并转发至动力学仿真平台，实现卫星姿态及轨道控制闭环。另外，完成姿态及轨道控制仿真数据及控制指令的数据库存储操作。
基于本发明技术方案所述的仿真验证***，本发明技术方案还提供了上位机平台的操作流程，结合图4，上位机与仿真平台(即图4中所述动力学仿真机)基于SimulinkReal-Time仿真环境的交互必须建立在连接的基础上，因此第一步首先连接动力学仿真机。然后下载DLM应用程序模型，在启动应用程序前，可以设置一下仿真参数和动力学程序初始参数。可以随时停止和卸载应用程序，断开网络只切断上位机与仿真机的通信控制，动力学仿真过程仍可正常执行。
图5为上位机平台的操作面板的一个实例，通过网络可以采集卫星运行中的姿态及轨道数据(比如控制面板中的姿态角及姿态角速度数据、星敏感器、磁强计、磁力矩器、光纤陀螺、反作用飞轮及模拟太敏等)，也可以设置仿真参数和动力学应用程序参数，从而实现上位机与仿真平台的交互。
基于本发明技术方案所述的仿真验证***，本发明技术方案还提供了卫星姿轨运行实时三维动画显示平台的显示场景，结合图6，显示场景分为场景动画显示区和六大功能控制区：场景控制区、地面站控制区、卫星控制区、场景运行控制区、场景显示控制区以及姿态轨道控制区。基本运行流程为建立场景、添加卫星、设置卫星运行参数以初始化卫星、设置视图及坐标轴、设置实时运行场景、开始运行场景、实时控制卫星姿态和轨道参数、场景运行时间同步、停止运行及卸载场景。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (14)
1.一种数字化卫星姿轨控算法地面仿真验证***，其特征在于，包括：仿真平台、上位机平台、数据中转平台及卫星控制算法平台；所述仿真平台通过所述数据中转平台与所述卫星控制算法平台通信；
所述仿真平台适于获取卫星姿态及轨道算法的控制信息并在预定仿真环境中依据动力学模型运行以产生卫星的真实姿态及轨道，输出卫星仿真信息；
所述上位机平台适于接收所述卫星仿真信息，基于所述卫星仿真信息设置与所述动力学模型有关的参数并根据用户输入的指令发出操作所述仿真平台的操作信息至所述仿真平台；
所述卫星控制算法平台适于根据所述卫星仿真信息确定所述卫星姿态及轨道的算法，并发出所述卫星姿态及轨道算法的控制信息至所述仿真平台。
2.如权利要求1所述的仿真验证***，其特征在于，所述预定仿真环境为SimulinkReal-Time环境。
3.如权利要求1所述的仿真验证***，其特征在于，所述动力学模型包括以下模型中的至少一种：姿态动力学模型、轨道动力学模型、天体模型。
4.如权利要求1所述的仿真验证***，其特征在于，所述卫星仿真信息包括姿态测量数据，所述控制信息包括所述控制力矩信息；所述仿真平台包括：
卫星姿态及轨道确定单元，适于根据卫星的姿态角信息、太阳位置信息及卫星轨道，利用敏感器模型产生敏感器输出的姿态测量数据；
通信单元，适于将所述姿态测量数据传递至所述卫星控制算法平台，并接收执行器发出的所述控制信息；
控制单元，适于利用所述执行器模型产生控制力矩信息控制卫星姿态和轨道。
5.如权利要求1所述的仿真验证***，其特征在于，所述卫星仿真信息至少包括：卫星轨道数据、姿态数据、敏感器数据和执行器采集数据。
6.如权利要求1所述的仿真验证***，其特征在于，所述仿真平台通过UDP广播的方式分别与所述上位机平台及数据中转平台通信。
7.如权利要求1所述的仿真验证***，其特征在于，所述上位机平台包括：
与所述仿真平台实现连接控制的第一单元；
实现仿真应用程序下载、运行、停止、卸载的第二单元，
实现仿真参数设置及采集的第三单元；
实现应用程序仿真参数设置的第四单元；
实现应用程序仿真数据采集的第五单元；
实现故障仿真的第六单元；
实现操作所述仿真平台的第七单元。
8.如权利要求7所述的仿真验证***，其特征在于，所述第二单元适于下载已经编译的DLM动力学模型文件到所述仿真平台中，运行动力学模型应用程序，或者执行停止和卸载应用程序；
所述第三单元适于根据内部或外部输入设置采样周期、最长运行时间，或者获取仿真当前运行时间；
所述第四单元适于根据内部或外部输入设置以下至少一种信息：轨道初始时间、轨道六要素、初始姿态角、初始姿态角速度、反作用飞轮初始转速、敏感器安装矩阵；
所述第五单元适于接收所述仿真平台传递的卫星仿真数据，并进行解析，以文本和实时曲线的方式显示在界面上；
所述第六单元适于利用应用程序仿真参数设置，设置动力学模型的故障参数；
所述第七单元适于动态地为所述仿真平台或外部数据库添加示波器以检测仿真数据，使用文件***保存数据至所述仿真平台或数据库。
9.如权利要求1所述的仿真验证***，其特征在于，所述数据中转平台适于采集所述卫星仿真信息及控制信息并写入外部数据库。
10.如权利要求1或9所述的仿真验证***，其特征在于，所述数据中转平台包括：
第一封装单元，适于对所述卫星仿真信息依据第一通信协议进行第一封装；
第一发送单元，适于将第一封装后的卫星仿真信息依据第二通信协议发送至所述卫星控制算法平台；
第二封装单元，适于对所述控制信息依据所述第二通信协议进行第二封装；
第二发送单元，适于对所述第二封装后的控制信息依据所述第一通信协议传输至所述仿真平台。
11.如权利要求10所述的仿真验证***，其特征在于，所述第一通信协议是TCP/IP，所述第二通信协议是RS422。
12.如权利要求1所述的仿真验证***，其特征在于，所述卫星控制算法平台包括：
所述卫星姿态及轨道的算法包括：姿态确定、姿态控制、轨道控制、故障诊断与重构、模式切换。
13.如权利要求1所述的仿真验证***，其特征在于，还包括：显示平台；所述显示平台适于接收所述卫星仿真信息和/或外部输入的卫星运行信息以提供卫星运行的图形信息。
14.如权利要求13所述的仿真验证***，其特征在于，所述显示平台包括：场景动画显示区、场景控制区、地面站控制区、卫星控制区、场景运行控制区、场景显示控制区以及姿态轨道控制区。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710045932.1A CN106647335A (zh) | 2017-01-13 | 2017-01-13 | 一种数字化卫星姿轨控算法地面仿真验证*** |
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