CN102411312B - 敏感器模拟器及具有该敏感器模拟器的卫星闭环仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种敏感器模拟器，包括：仿真服务器和数据接口转换器；由于该敏感器模拟器可以同时或分别作为各类敏感器的敏感器模拟器，例如：星敏感器模拟器、太阳敏感器模拟器、光纤陀螺模拟器、磁强计模拟器、GPS模拟器，从而具有通用性强和可扩展性好的优点；另外，该敏感器模拟器输出的数据格式与实际敏感器物理器件在实际卫星控制系统中输出的数据格式相同，从而既可以接入卫星控制闭环仿真系统，还有效的提高了仿真可信度。

Description

敏感器模拟器及具有该敏感器模拟器的卫星闭环仿真系统

技术领域

本发明属于卫星仿真测试技术领域，具体涉及一种敏感器模拟器及具有该敏感器模拟器的卫星闭环仿真系统。

背景技术

敏感器作为卫星飞行控制系统中一个关键部件，主要用于测量卫星的姿态数据和轨道数据，例如：星敏感器是以恒星为参照系，以星空为工作对象的高精度空间姿态测量装置。

因为卫星飞行控制系统研制非常复杂，而且成本很高，所以，在卫星飞行控制系统研制初期，常常需要对卫星飞行控制系统进行仿真，而在卫星飞行控制仿真系统中，对敏感器的仿真设备称为敏感器模拟器。

现有的敏感器模拟器功能单一，针对不同种类的敏感器，一般需要分别设置对应的敏感器模拟器，例如：当一个卫星飞行控制仿真系统中需要同时使用星敏感器和太阳敏感器时，研发人员通常会设计出星敏感器模拟器和太阳敏感器模拟器，从而既增加了仿真系统的复杂度，而且也增加了研发费用。

另外，现有的敏感器模拟器一般是通过数学仿真的方式接入卫星飞行控制仿真系统的，该种方法存在的主要缺陷为：敏感器模拟器的输出为物理量的数值仿真，与敏感器物理器件在实际卫星飞行控制系统中输出的数据格式不同，从而降低了仿真可信度。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种敏感器模拟器，既具有配置灵活、通用性强和可扩展性好的优点，同时，该敏感器模拟器输出的数据格式与实际敏感器物理器件在实际卫星控制系统中输出的数据格式相同，从而有效的提高了仿真可信度。本发明还提供一种具有该敏感器模拟器的卫星闭环仿真系统，该卫星闭环仿真系统具有仿真可信度高的优点。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供一种敏感器模拟器，包括：仿真服务器和数据接口转换器；所述仿真服务器对需要仿真的敏感器进行数学仿真计算，得到所述敏感器的模拟测量值，并将该模拟测量值发送给所述数据接口转换器；所述数据接口转换器将接收到的所述模拟测量值的数据格式转化为真实测量值的数据格式，得到真实格式模拟测量值，并输出该真实格式模拟测量值；其中，所述真实格式模拟测量值的数据格式与实际敏感器物理器件在实际卫星控制系统中输出的数据格式相同。

优选的，所述仿真服务器对需要仿真的敏感器进行数学仿真计算，具体为：

所述仿真服务器根据当前卫星的轨道参数信息和姿态四元数信息以及预存的需要仿真的敏感器的数学模型进行数学仿真计算。

优选的，所述模拟测量值的数据格式为符合以太网协议的数据格式；所述真实格式模拟测量值的数据格式为符合CAN协议的数据格式。

优选的，所述数据接口转换器包括：星敏感器数据接口转换器、太阳敏感器数据接口转换器、磁强计数据接口转换器、光纤陀螺数据接口转换器、GPS数据接口转换器中的一种或几种。

优选的，所述数据接口转换器为至少一个；每一个数据接口转换器用于将属于同一类敏感器的模拟测量值的数据格式转化为真实格式模拟测量值的数据格式和/或每一个数据接口转换器用于将属于不同类敏感器的模拟测量值的数据格式转化为真实格式模拟测量值的数据格式。

优选的，还包括：网络集线器，所述网络集线器用于连接所述仿真服务器和所述数据接口转换器。

优选的，还包括：PXI总线测试机，所述PXI总线测试机与所述数据接口转换器的输出端相连接。

优选的，所述PXI总线测试机用于接收并显示所述数据接口转换器输出的所述真实格式模拟测量值。

优选的，所述仿真服务器和所述数据接口转换器通过以太网连接，所述数据接口转换器和所述PXI总线测试机通过CAN网连接。

本发明还提供一种卫星闭环仿真系统，，包括上述任一项的敏感器模拟器。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的敏感器模拟器，可以同时或分别作为各类敏感器的敏感器模拟器，例如：星敏感器模拟器、太阳敏感器模拟器、光纤陀螺模拟器、磁强计模拟器、GPS模拟器，从而具有通用性强和可扩展性好的优点；另外，该敏感器模拟器输出的数据格式与实际敏感器物理器件在实际卫星控制系统中输出的数据格式相同，从而既可以接入卫星控制闭环仿真系统，还有效的提高了仿真可信度。

附图说明

图1为本发明实施例二提供的敏感器模拟器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

实施例一

本发明实施例提供一种敏感器模拟器，包括：仿真服务器和数据接口转换器；所述仿真服务器对需要仿真的敏感器进行数学仿真计算，得到所述敏感器的模拟测量值，并将该模拟测量值发送给所述数据接口转换器；所述数据接口转换器将接收到的所述模拟测量值的数据格式转化为真实测量值的数据格式，得到真实格式模拟测量值，并输出该真实格式模拟测量值；其中，所述真实格式模拟测量值为实际敏感器物理器件在实际卫星控制系统中输出的数据格式。

下面分别介绍仿真服务器和数据接口转换器的工作原理：

(一)仿真服务器

本发明提供的仿真服务器主要用于对需要仿真的敏感器进行数学仿真计算。

具体的，仿真服务器可以根据当前卫星的轨道参数信息和姿态四元数信息以及预存的需要仿真的敏感器的数学模型进行数学仿真计算。其中，仿真服务器预存的敏感器的数学模型包括但不限于：星敏感器数学模型、太阳敏感器数学模型、磁强计数学模型、光纤陀螺数学模型、GPS数学模型等。当用户需要对星敏感器进行仿真时，则仿真服务器根据预存的星敏感器数学模型进行数学仿真计算，得到敏感器的模拟测量值。

由于本发明中，仿真服务器对需要仿真的敏感器进行的仿真为数学仿真，所以得到的敏感器测量结果为模拟测量值，与敏感器在实际卫星控制系统中输出的数据格式不同，具有仿真可信度差的缺点，所以仿真服务器将该模拟测量值发送给数据接口转换器，由数据接口转换器对模拟测量值的格式进行转化。

在实际使用中，仿真服务器可以采用工作站形式，型号为HP Z400Workstation，在工作站上分别安装有Windows XP x64版本以上操作系统、VisualStudio 6.0等软件开发环境。

(二)数据接口转换器

本发明提供的数据接口转换器的主要作用为：将接收到的来自仿真服务器的模拟测量值的数据格式转化为真实测量值的数据格式，得到真实格式模拟测量值，并输出该真实格式模拟测量值；其中，所述真实格式模拟测量值的数据格式与实际敏感器物理器件在实际卫星控制系统中输出的数据格式相同。通过数据接口转换器，实现了使敏感器模拟器输出的数据格式与实际敏感器物理器件在实际卫星控制系统中输出的数据格式相同的优点，从而有效提高了仿真可信度。

根据实际需要，数据接口转换器包括：星敏感器数据接口转换器、太阳敏感器数据接口转换器、磁强计数据接口转换器、光纤陀螺数据接口转换器、GPS数据接口转换器中的一种或几种。

而且，每一个数据接口转换器可以用于将属于同一类敏感器的模拟测量值的数据格式转化为真实格式模拟测量值的数据格式和/或每一个数据接口转换器用于将属于不同类敏感器的模拟测量值的数据格式转化为真实格式模拟测量值的数据格式。

本发明实施例提供的敏感器模拟器，包括：仿真服务器和数据接口转换器，能够真实地模拟各类敏感器，例如：星敏感器、太阳敏感器、磁强计、光纤陀螺、GPS接收机等在星上的工作，能够准确地计算出卫星在不同时刻不同位置的姿态，从而有效地缩短了卫星控制系统的研制周期，极大地减少了卫星控制系统的研制费用。

实施例二

由于现有实际卫星系统中，星上设备间是通过CAN(Controller AreaNetwork，控制器局域网)总线进行数据通讯的，也就是说，星上敏感器出的数据格式为符合CAN协议的数据格式类型，因此，本实施例提供的敏感器模拟器输出的数据格式以符合CAN协议的数据格式为例进行说明。但需要说明的是，本发明并不局限于此，当星上设备间采用其他数据格式，例如：A类数据格式进行通讯时，本发明提供的敏感器模拟器中，其输出的数据格式也可以进行相应的变化，凡是符合该种构想的情况均在本发明保护范围之内。

具体的，本实施例提供的敏感器模拟器中，包括：仿真服务器和以太网/CAN数据接口转换器。其中，仿真服务器和以太网/CAN数据接口转换器通过以太网连接。下面分别介绍仿真服务器和以太网/CAN数据接口转换器的工作原理。

(一)仿真服务器

本实施例提供的仿真服务器与实施例一提供的仿真服务器相同，在此不再赘述。

(二)以太网/CAN数据接口转换器

由于在实际卫星系统中，敏感器可以为多类，例如：星敏感器、太阳敏感器、磁强计、光纤陀螺、GPS中的一种或几种，因此，当仿真服务器基于不同的敏感器的数学模型，计算得到不同敏感器的模拟测量值，例如：星敏感器模拟测量值、太阳敏感器模拟测量值、磁强计模拟测量值、光纤陀螺模拟测量值、GPS模拟测量值等，然后将这些不同类的模拟测量值可以发送给同一个以太网/CAN数据接口转换器，也可以分别发送给对应的敏感器的以太网/CAN数据接口转换器。也就是说，本发明实施例提供的以太网/CAN数据接口转换器既可以将属于同一类敏感器的符合以太网协议的数据格式转化为符合CAN协议的数据格式，也可以将属于不同类敏感器的符合以太网协议的数据格式转化为符合CAN协议的数据格式。为方便说明，下面将符合以太网协议的数据格式的数据简称为以太网数据，将符合CAN协议的数据格式的数据简单为CAN数据。

例如：如图1所示，仿真服务器基于预存的太阳敏感器的数学模型进行仿真计算，得到太阳敏感器的以太网数据，基于预存的星敏感器的数学模型进行仿真计算，得到星敏感器的以太网数据，则太阳敏感器的以太网数据和星敏感器的以太网数据可以通过以下两种方式进行发送：(一)只设置一个以太网/CAN数据接口转换器，则太阳敏感器的以太网数据和星敏感器的以太网数据均发送给该以太网/CAN数据接口转换器，该以太网/CAN数据接口转换器既将太阳敏感器的以太网数据转化为CAN数据，同时也将星敏感器的以太网数据转化为CAN数据。(二)分别设置太阳敏感器以太网/CAN数据接口转换器和星敏感器以太网/CAN数据接口转换器，由太阳敏感器以太网/CAN数据接口转换器将太阳敏感器的以太网数据转化为CAN数据，由星敏感器以太网/CAN数据接口转换器将星敏感器的以太网数据转化为CAN数据，但需要说明的是，太阳敏感器以太网/CAN数据接口转换器和星敏感器以太网/CAN数据接口转换器的硬件相同，区别仅在于传输内容的不同。

在实际应用中，由于以太网/CAN数据接口转换器的数量可以为多个，所以，仿真服务器和以太网/CAN数据接口转换器间可以通过网络集线器建立连接。

需要说明的是，当将本发明实施例提供的敏感器模拟器接入卫星控制仿真系统时，以太网/CAN数据接口转换器可以直接与星载计算机相连，从而直接向星载计算机输出测量数据。另外，当单独对本发明提供的敏感器模拟器进行仿真时，为监控CAN总线数据，以太网/CAN数据接口转换器还可以连接PXI(PCIeXtensions for Instrumentation)总线测试机。

具体的，PXI总线测试机通过CAN网与以太网/CAN数据接口转换器输出端相连，PXI总线测试机用于接收并显示以太网/CAN数据接口转换器输出的真实格式模拟测量值。

因此，本实施例提供的敏感器模拟器，包括：仿真服务器和以太网/CAN数据接口转换器，其中，以太网/CAN数据接口转换器，用于将来自仿真服务器的以太网数据转化为CAN数据，并将该CAN数据输出；因此，本实施例实现了敏感器模拟器输出的数据格式与实际卫星系统中敏感器输出的数据格式相同的效果，从而提高了仿真可信度。并且，由于以太网/CAN数据接口转换器可以对多种敏感器模拟测量值的数据格式进行转换，具有通用性强、配置灵活的优点。

另外，本发明还提供一种应用上述敏感器模拟器的卫星闭环仿真系统，具有仿真可信度高的优点。

以上公开仅为本发明的具体实施方式，但需要说明的是，本发明保护范围并不限于此，凡具有相同构思的技术方案均在本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种敏感器模拟器，其特征在于，所述敏感器模拟器应用于卫星闭环仿真系统中，所述敏感器模拟器包括：仿真服务器和数据接口转换器；所述仿真服务器对需要仿真的敏感器进行数学仿真计算，得到所述敏感器的模拟测量值，并将该模拟测量值发送给所述数据接口转换器；所述数据接口转换器将接收到的所述模拟测量值的数据格式转化为真实测量值的数据格式，得到真实格式模拟测量值，并输出该真实格式模拟测量值；其中，所述真实格式模拟测量值的数据格式与实际敏感器物理器件在实际卫星控制系统中输出的数据格式相同；其中，所述数据接口转换器为以太网/CAN数据接口转换器，所述模拟测量值的数据格式为符合以太网协议的数据格式；所述真实格式模拟测量值的数据格式为符合CAN协议的数据格式；其中，以太网/CAN数据接口转换器直接与星载计算机相连，用于直接向星载计算机输出测量数据；

其中，所述仿真服务器对需要仿真的敏感器进行数学仿真计算，具体为：

所述仿真服务器根据当前卫星的轨道参数信息和姿态四元数信息以及预存的需要仿真的敏感器的数学模型进行数学仿真计算；

其中，所述数据接口转换器包括：星敏感器数据接口转换器、太阳敏感器数据接口转换器、磁强计数据接口转换器、光纤陀螺数据接口转换器、GPS数据接口转换器中的一种或几种；

其中，所述数据接口转换器为至少一个；每一个数据接口转换器用于将属于同一类敏感器的模拟测量值的数据格式转化为真实格式模拟测量值的数据格式和/或每一个数据接口转换器用于将属于不同类敏感器的模拟测量值的数据格式转化为真实格式模拟测量值的数据格式；

其中，还包括：网络集线器，所述网络集线器用于连接所述仿真服务器和所述数据接口转换器；

其中，还包括：PXI总线测试机，所述PXI总线测试机与所述数据接口转换器的输出端相连接；

其中，所述PXI总线测试机用于接收并显示所述数据接口转换器输出的所述真实格式模拟测量值；

其中，所述仿真服务器和所述数据接口转换器通过以太网连接，所述数据接口转换器和所述PXI总线测试机通过CAN网连接。

2.一种卫星闭环仿真系统，其特征在于，包括权利要求1所述的敏感器模拟器。