CN107515536A - 一种适用于快响应卫星的姿轨控闭环半物理仿真测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种适用于快响应卫星的姿轨控闭环控制方法，具体步骤为：1)设计综合电子计算机时预留一路与地面设备通讯的RS‑422串口；2)在卫星动力学模型中搭建各种虚拟单机模型；3)打包各虚拟单机模型计算出的测量数据，通过RS‑422串口送至综合电子计算；同时接收计算机发出的控制指令，转发至各虚拟单机模型；4)设定标志字，通过判断标志字为每台单机选择信息来源。该测试方法无需为了产品配套不全做软件方面的适应性调整，保证了***设计师将主要时间和精力集中于方案设计和最终软件的实现上，达到了事半功倍的测试效果，值得进一步扩大应用和推广。

Description

一种适用于快响应卫星的姿轨控闭环半物理仿真测试方法
技术领域
本发明设涉及一种适用于快响应卫星的姿轨控闭环半物理仿真测试方法。
背景技术
根据浦江一号卫星的***设计，基于太阳矢量方位和磁场矢量方位的双矢量定姿作为卫星一种主要的控制模式，为了在地面模拟轨道地磁场信息，以往通过姿态和轨道动力学模拟器设置一块D/A数模转换卡，来模拟磁强计输出的磁场强度信息，但该方法不能将磁强计单机和模拟的磁强计信息同时接入***，且整星级半物理仿真试验过程中必须频繁插拔磁强计单机电缆，以往测试方法的测试效率低，不符合快速测试理念。
浦江一号卫星姿轨控星载软件采用1750浮点数据格式，而地面采用IEEE浮点数据格式。若采用动力学与星上直接串口422连接的情况，1750浮点和IEEE浮点数据格式的转换问题则需要星上软件来转换，这部分软件在轨时就成为“多余物”，与真实单机通信时，不能实现无缝对接。分***没有GPS模拟器，GPS这部分设计及实现只有到整星的时候才能验证，由于时间紧，这部分内容不能得到充分的验证。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种适用于快响应卫星的姿轨控闭环半物理仿真测试方法，在研制周期短，研制经费紧的情况下，能进行快速测试，满足测试覆盖性。
本发明的技术方案是：一种适用于快速响应卫星的姿轨控闭环测试方法，包括如下步骤：
1)设计综合电子计算机时预留一路与地面设备通讯的RS-422串口；
2)在卫星动力学模型中搭建各种虚拟单机模型；
3)打包各虚拟单机模型计算出的测量数据，通过RS-422串口送至综合电子计算；同时接收计算机发出的控制指令，转发至各虚拟单机模型；
4)设定标志字，通过判断标志字为每台单机选择信息来源。
所述虚拟单机模型包括敏感器模型和执行机构模型；各敏感器模型根据星体姿态和轨道动力学信息计算自身的单机测量数据；各执行机构模型接收计算机指令，经模型运算后输出控制力和力矩。
所述设定标志字的方法为：星载软件定义一个标志字，该标志字的每一个bit位约定代表一个单机；当某bit位为“0”时，表示该位所对应的单机信息来源于动力学模型信息，当该bit位为“1”时，表示该位所对应的单机信息来源于真实单机。
所述通过判断标志字为每台单机选择信息来源的具体方法为：根据每位单机的情况，填写标志字，然后根据星载软件给该标志字分配的内存地址，上注标志字；星载软件通过软件判断出标志字的信息，给每台单机选择信息来源。
本发明采用的方法与现有技术相比，其优点和有益效果是：
1)该发明实现了当单机故障时，无需改变测试硬件状态，通过单机信息选择标志字选择模型，与故障单机信息进行比对，能够快速精准的对单机故障进行定位；
2)通过该项发明，能够使地面动力学模拟GPS信息接入闭环测试***，充分验证星上GPS接口和软件设计的正确性，提高了在轨GPS单机应用率，提高在轨定位的准确性；
3)通过该发明的闭环测试***，可将动力学模型轨道环境中的地磁场信息应用于闭环测试中，无需多次拆装电缆，并且在应用双矢量姿态确定算法捕获地球过程中能够同时提供实时动态的磁场强度信息。
附图说明
图1为该发明的信息流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种适用于快速响应卫星的姿轨控闭环测试方法，具体步骤如下：
1)设计综合电子计算机时预留一路与地面设备通讯的RS-422串口，用于与地面建立通信链路，综合电子计算机向动力学模型执行机构发送力和力矩信息，接收动力学模型敏感器发送的姿态信息；
2)在动力学中搭建***中各种单机模型，考虑各单机性能、功能以及接口通信方式。缺单机时，或单机故障时，可随时利用动力学模型中的单机信息，完成***测试。各敏感器模型根据星体姿态和轨道动力学信息计算自身的单机测量数据；各执行机构模型接收计算机指令，经模型运算后输出控制力和力矩；
3)根据各单机通信的数据格式，通过软件实现综合电子计算机以及动力学之间数据格式转换。该软件与地面的通信方式为UDP，与综合电子计算机通信方式为RS-422串口；
4)地面根据星载软件的约定协议标志字的内存地址，并根据试验时的单机情况，上注PCM指令，实现单机信息来源的任意简便的切换。
5)图1为“软闭环”控制表，根据表1约定好单机信息来源选择标志字，根据约定的协议，当注数中单机控制位为“0”时，采用动力学模拟数据，既从姿控闭环软件分发的“软闭环”数据；当注数中单机控制位为“1”时，采用真实单机信息进行通信。星载软件进行标志字解读，并选择好单机信息来源。
表1
浦江一号卫星研制周期短，经费紧张等特点，采用本发明适用于快速响应卫星的姿轨控闭环测试方法。型号研制初期需要在综合电子计算机上预留一路标准422姿控闭环通信接口，用于该测试方法的上、下行通讯。使得单机研制与星载软件调试并行，缩短研制周期。也无需研制电性能单机产品，直接研制正样产品，节省了研制经费。一旦任一单机研制完成，随时接入***，考查单机性能、单机与***的接口。
采用该适用于快速响应卫星的姿轨控闭环测试方法，姿态和轨道动力学模拟器模拟的敏感器信息从标准RS422串口送出。如磁强计，单机接入***的同时，无需更换电缆，既可以考查磁强计单机的性能，又能提供动力学磁强计模型测量信息接入闭环。极大的满足和方便了卫星设计要求和测试要求；如飞轮，作为在轨长期运行无备份的执行机构，对它的功能、性能必须考查透彻。一旦飞轮出现故障，切到飞轮动力学模型，并比对模型力矩与真实单机的力矩，加速故障定位；采用适用于快速响应卫星的姿轨控闭环测试方法，在没有GPS模拟器的情况下，通过动力学GPS模型，充分测试GPS设计，提高了GPS在轨利用率，提高了***的定姿精度。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种适用于快速响应卫星的姿轨控闭环测试方法，其特征在于包括如下步骤：
1)设计综合电子计算机时预留一路与地面设备通讯的RS-422串口；
2)在卫星动力学模型中搭建各种虚拟单机模型；
3)打包各虚拟单机模型计算出的测量数据，通过RS-422串口送至综合电子计算；同时接收计算机发出的控制指令，转发至各虚拟单机模型；
4)设定标志字，通过判断标志字为每台单机选择信息来源。
2.根据权利要求1所述的一种适用于快速响应卫星的姿轨控闭环测试方法，其特征在于：所述虚拟单机模型包括敏感器模型和执行机构模型；各敏感器模型根据星体姿态和轨道动力学信息计算自身的单机测量数据；各执行机构模型接收计算机指令，经模型运算后输出控制力和力矩。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于快速响应卫星的姿轨控闭环测试方法，其特征在于：所述设定标志字的方法为：星载软件定义一个标志字，该标志字的每一个bit位约定代表一个单机；当某bit位为“0”时，表示该位所对应的单机信息来源于动力学模型信息，当该bit位为“1”时，表示该位所对应的单机信息来源于真实单机。
4.根据权利要求3所述的一种适用于快速响应卫星的姿轨控闭环测试方法，其特征在于：所述通过判断标志字为每台单机选择信息来源的具体方法为：根据每位单机的情况，填写标志字，然后根据星载软件给该标志字分配的内存地址，上注标志字；星载软件通过软件判断出标志字的信息，给每台单机选择信息来源。
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