CN102540908B - 卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器及其方法，包括配置管理模块、接口驱动模块、接口控制模块、功能模拟模块、故障模拟模块；配置管理模块，用于配置、管理其他四个模块；配置管理模块的第五输入输出口为通用模拟器管理配置口，用于接收外部配置指令和数据；接口驱动模块的第三输入输出口，为对外应用接口；接口驱动模块，用于对接口控制模块所设置的对外应用接口的电信号进行驱动；接口控制模块，用于控制对外应用接口的形式；功能模拟模块，用于模拟相应的星上设备的正常功能；故障模拟模块，用于模拟星上设备的故障。本发明对各个模拟器采用统一的电路结构，利于系统维护与升级、扩展。

Description

卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器及其方法

技术领域

本发明大体涉及卫星测试处理系统，具体涉及一种卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器及其方法，属于卫星姿态与轨道控制分系统闭环仿真与测试领域。

背景技术

卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试是卫星测试的重要内容，测试过程中需要一些辅助的设备或者装置，用于模拟真实的星上设备以达到闭环测试的目的，这些模拟真实设备的辅助设备或者装置称为模拟器。模拟器主要模拟真实星上设备电接口、通信协议、数据流和时序特性等。

一般卫星的姿态与轨道控制分系统由多台设备构成如陀螺、星敏感器、太阳敏感器、飞轮、磁力矩器等，为了进行闭环测试，每台设备都需要一个模拟器进行模拟。上述各模拟器由相应的星上设备厂商提供，模拟器可以更真实模拟星上设备的电气性能，但是，其缺点是：

（1）星上设备较多、供应商较多、每个供应商提供的模拟器标准不同、规格型号不一致，产品通用性差，不利于维护管理。比如，为了保证模拟器在测试过程中的可靠，需要每个模拟器都有一个备份，很难通过一个或者两个备份实现所有的模拟器备份。

（2）由于各个模拟器缺乏统一的规划设计，也不利于系统的扩展或者升级改造。比如当待测卫星姿态与轨道控制系统增加设备或者出现变化时，要求增加相应模拟器或者适当修改，由于缺乏标准设计，只能重新研制模拟器，很难通过在原有模拟器设计上进行简单改造或者配置就构成满足要求的新模拟器。

因此，亟需提供一种卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器及其方法，并解决如下问题：实现各个模拟器硬件电路结构的通用化设计，对各个模拟器采用一致的电路结构，以利于系统维护与升级、扩展；仅通过简单的软件配置即可快速修改模拟器功能构成新的模拟器。

发明内容

本发明的目的是，提出一种卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器及其方法，并解决如下问题：实现各个模拟器硬件电路结构的通用化设计，对各个模拟器采用一致的电路结构，以利于系统维护与升级、扩展；仅通过简单的软件配置即可快速修改模拟器功能构成新的模拟器。

为了实现本发明目的，本发明技术方案为：本发明公开一种卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器，

其中，包括：配置管理模块、接口驱动模块、接口控制模块、功能模拟模块、故障模拟模块，其中，

所述的配置管理模块，用于配置、管理所述的接口驱动模块、所述的接口控制模块、所述的功能模拟模块、所述的故障模拟模块；所述的配置管理模块的第一输出口与所述的接口驱动模块的第一输入口连接，所述的配置管理模块的第二输出口与所述的接口控制模块的第一输入口连接，所述的配置管理模块的第三输出口与所述的功能模拟模块的第一输入口连接，所述的配置管理模块的第四输出口与所述的故障模拟模块的第一输入口连接；所述的配置管理模块的第五输入输出口为通用模拟器管理配置口，用于接收外部配置指令和数据、并输出配置结果；

所述的接口驱动模块的第三输入输出口，为对外应用接口，用于外接一测试系统；所述的接口控制模块的第二输入输出口与所述的接口驱动模块的第二输入输出口连接；

所述的接口控制模块，用于控制所述的对外应用接口的形式；

所述的接口驱动模块，用于驱动所述的对外应用接口的电信号；

所述的功能模拟模块，用于模拟星上设备的功能；所述的功能模拟模块的第二输入输出口与所述的接口控制模块的第三输入输出口连接；

所述的故障模拟模块，用于模拟星上设备的故障；所述的功能模拟模块的第三输入口与所述的故障模拟模块的第二输出口连接；

其中：配置管理模块对接口驱动模块的配置这样实现：配置管理模块，通过一个地址译码器，输出第一配置信号，来选择为接口驱动模块对外应用接口输出CAN接口二次电源使能端供电；

配置管理模块，通过输出第三配置数据，修改功能模拟模块，进而可选择将功能模拟模块实现为飞轮模拟器、或陀螺模拟器。

所述的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器，其中，所述的接口驱动模块与所述的接口控制模块一致，对应于同一个所述的对外应用接口。

所述的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器，其中，当所述的对外应用接口为RS422接口时，所述的接口驱动模块采用RS422驱动电路，同时，所述的接口控制模块为RS422控制器。

所述的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器，其中，当所述的对外应用接口为CAN接口时，所述的接口驱动模块采用CAN驱动电路，同时，所述的接口控制模块为CAN控制器。

所述的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器，其中，当所述的对外应用接口为以太网接口时，所述的接口驱动模块采用以太网驱动电路，同时，所述的接口控制模块为以太网控制器。

所述的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器，其中，

所述的配置管理模块为C8051单片机；

所述的功能模拟模块为DSP；

所述的故障模拟模块为C8051单片机；

所述的接口控制模块是可编程控制电路。

所述的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器，其中，所述的接口控制模块是FPGA。

本发明还公开一种使用所述的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器的方法，其中，

在所述的配置管理模块工作时，包括以下步骤：

所述的配置管理模块从所述的通用模拟器管理配置口接收外部配置指令和数据；

所述的配置管理模块对所述的接口驱动模块、所述的接口控制模块、所述的功能模拟模块和所述的故障模拟模块分别进行配置，并向所述的通用模拟器管理配置口输出配置结果；

在所述的配置管理模块不工作时，包括以下步骤，

所述的测试系统，将外部数据和指令，通过所述的对外应用接口，向所述的接口驱动模块发送；

所述的接口驱动模块接收到所述的外部数据和指令后，再通过所述的接口驱动模块的第二输入输出口与所述的接口控制模块的第二输入输出口之间的连接，向所述的接口控制模块发送；

所述的接口控制模块接收到所述的外部数据和指令后，又通过所述的接口控制模块的第三输入输出口连接与所述的功能模拟模块的第二输入输出口之间的连接，向所述的功能模拟模块发送；

所述的故障模拟模块，根据故障模型，通过所述的功能模拟模块的第三输入口与所述的故障模拟模块的第二输出口之间的连接，向所述的功能模拟模块发送故障数据；

所述的功能模拟模块接收到所述的外部数据和指令及所述的故障数据后；进行功能模拟，得到模拟数据；将所述的模拟数据与所述的故障数据叠加后，得到叠加数据，通过所述的接口控制模块的第三输入输出口与所述的功能模拟模块的第二输入输出口之间的连接，向所述的接口控制模块发送；

所述的接口控制模块接收到所述的叠加数据后，再通过所述的接口控制模块的第二输入输出口与所述的接口驱动模块的第二输入输出口之间的连接，向所述的接口驱动模块发送；

所述的接口驱动模块接收到所述的叠加数据后，通过所述的对外应用接口，向所述的测试系统发送。

本发明的有益效果是，本发明提出了一种卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器及其方法，并解决了如下问题：实现各个模拟器硬件电路结构的通用化设计，对各个模拟器采用一致的电路结构，以利于系统维护与升级、扩展；仅通过简单的软件配置即可快速修模拟器功能构成新的模拟器。

附图说明

图1是本发明的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器的示意方块图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

如图1所示，本发明公开一种卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10，包括配置管理模块101、接口驱动模块102、接口控制模块103、功能模拟模块104、故障模拟模块105，

其中，

配置管理模块101的第五输入输出口101E为通用模拟器管理配置口，用于接收外部配置指令和数据、并输出配置结果；

所述的接口驱动模块102的第三输入输出口102C为对外应用接口，用于外接一测试系统。

所述的配置管理模块101，用于配置、管理所述的接口驱动模块102、所述的接口控制模块103、所述的功能模拟模块104、所述的故障模拟模块105；

所述的接口控制103模块，用于控制所述的对外应用接口102C的形式；

所述的接口驱动模块102，用于驱动所述的对外应用接口102C的电信号；

所述的功能模拟模块104，用于模拟星上设备的功能；

所述的故障模拟模块105，用于模拟星上设备的故障；

其中，各模块的连接关系如下：

配置管理模块101的第一输出口101A与接口驱动模块102第一输入口102A连接，配置管理模块101的第二输出口101B与接口控制模块103第一输入口103A连接，配置管理模块101的第三输出口101C与功能模拟模块104第一输入口104A连接，配置管理模块101的第四输出口101D与故障模拟模块105第一输入口105A连接；

接口驱动模块102的第二输入输出口102B与接口控制模块103的第二输入输出口103B连接，接口控制模块103的第三输入输出口103C与功能模拟模块104的第二输入输出口104B连接，功能模拟模块104的第三输入口104C与故障模拟模块105的第二输出口105B连接；

在一些具体实施例中，

配置管理模块101采用C8051单片机，

功能模拟模块104采用DSP，

故障模拟模块105可采用C8051单片机，

接口控制模块103为可编程控制电路，优选地，采用FPGA，

接口驱动模块102采用RS422驱动电路、或CAN总线驱动电路、或以太网驱动电路等。

接口驱动模块102与接口控制模块103必须一致，对应于同一个接口驱动模块102对外应用接口102C，比如：

当接口驱动模块102对外应用接口102C为RS422接口时，接口驱动模块102采用RS422驱动电路，同时，接口控制模块103为RS422控制器；

当接口驱动模块102对外应用接口102C为CAN接口时，接口驱动模块102采用CAN驱动电路，同时，接口控制模块103为CAN控制器；

当接口驱动模块102对外应用接口102C为以太网接口时，接口驱动模块102采用以太网驱动电路，同时，接口控制模块103为以太网控制器；

例如，对应一个36针的接口驱动模块102对外应用接口102C，具体所述的接口102C是哪种通信形式，由配置管理模块101配置确定，接口102C可以是CAN总线的，也可以是RS422的，还可以是以太网的，36针的接插件不变化，变化的是每个针脚的物理信号量。

下面详细说明一种使用如上所述的如图1所示的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10的方法，分两种情况来陈述：

（一）在对卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10进行重新配置时：

配置管理模块101工作。首先通过配置管理模块101进行接口驱动模块102配置、接口控制模块103配置、功能模拟模块104配置、故障模拟模块105配置，完成配置后该卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10就成为一个特定的模拟器。

只有在对卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10进行重新配置时，配置管理模块101才工作。

配置管理模块101用于接口驱动模块102、接口控制模块103、功能模拟模块104、故障模拟模块105的配置与管理。

配置管理模块101在通过通用模拟器管理配置口101E接收外部配置指令和数据之后，向接口驱动模块102、接口控制模块103、功能模拟模块104、故障模拟模块105发送配置指令和数据，以便对卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10进行重新配置、或者改变其功能或其对外应用接口102C。通用模拟器管理配置口101E的输入是配置数据和指令，通用模拟器管理配置口101E的输出为配置结果（比如配置是否成功），

配置管理模块101工作时，是卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10没有配置好的情况下，卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10所应用的测试系统还没有工作。此时，卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10，不能通过接口驱动模块102的对外应用接口102C，与外接的测试系统进行通信。

配置管理模块101进行接口驱动模块102配置、接口控制模块103配置、功能模拟模块104配置、故障模拟模块105配置的具体实施例为：

配置管理模块101对接口驱动模块102的配置这样实现：配置管理模块101，通过一个地址译码器，输出第一配置信号，来选择为接口驱动模块102对外应用接口102C输出CAN接口二次电源使能端、或RS422接口二次电源使能端供电。（比如接口驱动模块102对外应用接口102C包括：CAN接口和RS422接口。如果选择CAN接口输出，通过配置管理模块101控制所述的地址译码器为CAN驱动芯片供电；如果选择RS422接口输出，通过配置管理模块101控制所述的地址译码器为RS422驱动芯片供电。）

配置管理模块101对接口控制模块103的配置是通过程序实现的。因为接口控制模块103是FPGA，通过VHDL或verilog硬件描述语言实现。所以，配置管理模块101，通过输出第二配置信号，修改接口控制模块103，进而可选择将接口控制模块103实现为CAN总线的、或RS422的。

配置管理模块101对功能模拟模块104的配置是通过改变数学模型，比如实现飞轮模拟器采用“输出=积分（K*输入）+噪声”的数学模型；陀螺模拟器模型采用“输出=二次编码（k*输入）”的数学模型。所以，配置管理模块101，通过输出第三配置数据，修改功能模拟模块104，进而可选择将功能模拟模块104实现为飞轮模拟器、或陀螺模拟器等。

配置管理模块101对故障模拟模块105的实现也是通过程序实现的，例如，采用在正常输出基础上+f(t)。比如，在一实施例中，采用周期性的跳变故障。即f(t)=f(t+周期)=常值，在其他时间故障输出为零，增益故障为f(t)=k*t等。所以，配置管理模块101，通过输出第四配置数据，修改故障模拟模块105，进而可选择将故障模拟模块105实现周期性的跳变故障或其他类型的故障。

（二）平时，不用对卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10进行重新配置，配置管理模块101不工作：

配置管理模块101不工作，这意味着卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10已经配置完毕，卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10通过接口驱动模块102的对外应用接口102C所外接的测试系统可以正常工作；

接口驱动模块102对接口控制模块103设置的接口驱动模块102对外应用接口102C的电信号进行驱动；

接口控制模块103是可编程控制的，用于控制卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10的接口驱动模块102对外应用接口102C的形式；

功能模拟模块104是卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10的核心模块，用于模拟相应的星上设备的正常功能；

故障模拟模块105模拟星上设备的故障，实现其故障模型；

来自测试系统的外部数据和指令，通过所述的接口驱动模块102与所述的测试系统之间在接口驱动模块102对外应用接口102C处的连接，向接口驱动模块102发送，

接口驱动模块102接收到所述的外部数据和指令后，再通过接口驱动模块102的第二输入输出口102B与接口控制模块103的第二输入输出口103B之间的连接，向接口控制模块103发送；

接口控制模块103接收到所述的外部数据和指令后，又通过接口控制模块103的第三输入输出口103C与功能模拟模块104的第二输入输出口104B之间的连接，向功能模拟模块104发送；

故障模拟模块105，根据故障模型，通过功能模拟模块104的第三输入口104C与故障模拟模块105的第二输出口105B之间的连接，向功能模拟模块104发送故障数据；

功能模拟模块104接收到所述的外部数据和指令及所述的故障数据后；进行功能模拟，得到模拟数据；将所述的模拟数据与来自故障模拟模块105的所述的故障数据叠加后，得到叠加数据(即卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器10向测试系统输出的数据)；

功能模拟模块104，得到所述的叠加数据后，又通过接口控制模块103的第三输入输出口103C与功能模拟模块104的第二输入输出口104B之间的连接，向接口控制模块103发送；

接口控制模块103接收到所述的叠加数据后，再通过接口驱动模块102的第二输入输出口102B与接口控制模块103的第二输入输出口103B之间的连接，向接口驱动模块102发送；

接口驱动模块102接收到所述的叠加数据后，通过所述的接口驱动模块102与所述的测试系统之间在接口驱动模块102对外应用接口102C处的连接，向所述的测试系统发送。

总之，本发明提出了一种卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器及其方法，并解决了如下问题：实现各个模拟器硬件电路结构的通用化设计，对各个模拟器采用一致的电路结构，以利于系统维护与升级、扩展；仅通过简单的软件配置即可快速修改模拟器功能构成新的模拟器。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器，

其特征在于，包括：配置管理模块、接口驱动模块、接口控制模块、功能模拟模块、故障模拟模块，其中，

所述的配置管理模块，用于配置、管理所述的接口驱动模块、所述的接口控制模块、所述的功能模拟模块、所述的故障模拟模块，所述的配置管理模块的第一输出口与所述的接口驱动模块的第一输入口连接，所述的配置管理模块的第二输出口与所述的接口控制模块的第一输入口连接，所述的配置管理模块的第三输出口与所述的功能模拟模块的第一输入口连接，所述的配置管理模块的第四输出口与所述的故障模拟模块的第一输入口连接，所述的配置管理模块的第五输入输出口为通用模拟器管理配置口，用于接收外部配置指令和数据、并输出配置结果；

所述的接口驱动模块的第三输入输出口，为对外应用接口，用于外接测试系统；所述的接口控制模块的第二输入输出口与所述的接口驱动模块的第二输入输出口连接；

所述的接口控制模块，用于控制所述的对外应用接口的形式；

所述的接口驱动模块，用于驱动所述的对外应用接口的电信号；

所述的功能模拟模块，用于模拟星上设备的功能；所述的功能模拟模块的第二输入输出口与所述的接口控制模块的第三输入输出口连接；

所述的故障模拟模块，用于模拟星上设备的故障；所述的功能模拟模块的第三输入口与所述的故障模拟模块的第二输出口连接；

其中配置管理模块对接口驱动模块的配置这样实现：配置管理模块，通过一个地址译码器，输出第一配置信号，来选择为接口驱动模块对外应用接口输出CAN接口二次电源使能端供电；

配置管理模块，通过输出第三配置数据，修改功能模拟模块，进而能够选择将功能模拟模块实现为飞轮模拟器、或陀螺模拟器。

2.如权利要求1所述的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器，其特征在于，所述的接口驱动模块与所述的接口控制模块一致，对应于同一个所述的对外应用接口。

3.如权利要求2所述的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器，其特征在于，当所述的对外应用接口为RS422接口时，所述的接口驱动模块采用RS422驱动电路，同时，所述的接口控制模块为RS422控制器。

4.如权利要求2所述的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器，其特征在于，当所述的对外应用接口为CAN接口时，所述的接口驱动模块采用CAN驱动电路，同时，所述的接口控制模块为CAN控制器。

5.如权利要求2所述的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器，其特征在于，当所述的对外应用接口为以太网接口时，所述的接口驱动模块采用以太网驱动电路，同时，所述的接口控制模块为以太网控制器。

6.如权利要求2所述的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器，其特征在于，

所述的配置管理模块为C8051单片机；

所述的功能模拟模块为DSP；

所述的故障模拟模块为C8051单片机；

所述的接口控制模块是FPGA。

7.如权利要求1所述的卫星姿态与轨道控制分系统闭环测试通用模拟器，其特征在于，

在所述的配置管理模块工作时，包括以下步骤：

所述的配置管理模块从所述的通用模拟器管理配置口接收外部配置指令和数据；

所述的配置管理模块对所述的接口驱动模块、所述的接口控制模块、所述的功能模拟模块和所述的故障模拟模块分别进行配置，并向所述的通用模拟器管理配置口输出配置结果；

在所述的配置管理模块不工作时，包括以下步骤：

所述的测试系统，将外部数据和指令，通过所述的对外应用接口，向所述的接口驱动模块发送；

所述的接口驱动模块接收到所述的外部数据和指令后，再通过所述的接口驱动模块的第二输入输出口与所述的接口控制模块的第二输入输出口之间的连接，向所述的接口控制模块发送；

所述的接口控制模块接收到所述的外部数据和指令后，又通过所述的接口控制模块的第三输入输出口连接与所述的功能模拟模块的第二输入输出口之间的连接，向所述的功能模拟模块发送；

所述的故障模拟模块，根据故障模型，通过所述的功能模拟模块的第三输入口与所述的故障模拟模块的第二输出口之间的连接，向所述的功能模拟模块发送故障数据；

所述的功能模拟模块接收到所述的外部数据和指令及所述的故障数据后；进行功能模拟，得到模拟数据；将所述的模拟数据与所述的故障数据叠加后，得到叠加数据，通过所述的接口控制模块的第三输入输出口与所述的功能模拟模块的第二输入输出口之间的连接，向所述的接口控制模块发送；

所述的接口控制模块接收到所述的叠加数据后，再通过所述的接口控制模块的第二输入输出口与所述的接口驱动模块的第二输入输出口之间的连接，向所述的接口驱动模块发送；

所述的接口驱动模块接收到所述的叠加数据后，通过所述的对外应用接口，向所述的测试系统发送。