CN103279040B - 一种测量半物理仿真闭环试验闭环时延的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量半物理仿真闭环试验闭环时延的方法，步骤：搭建满足匀速变化规律的数据发生器，通过接口给测试设备发送数据；经过每条“卫星模型仿真设备-仿真测试设备-单机-卫星模型仿真设备”的闭环数据传输链返回卫星模型仿真设备，触发数据记录模块，获得此时数据发送器发送的数据；计算半物理仿真试验的闭环延时，然后进一步得到仿真测试设备引起的真实卫星运行过程中不存在的延时。如果存在多条闭环数据传输链，重复前述过程，可以得到多条闭环数据传输链的闭环延时。本发明具有普遍性，不改变试验的构架，不改变模型，不增加设备的投入，只是添加两个模块即匀速变化数据发生器和数据记录模块，就能测量闭环延时。

Description

一种测量半物理仿真闭环试验闭环时延的方法

技术领域

本发明涉及一种卫星地面半物理仿真试验技术，具体地，涉及一种测量半物理仿真闭环试验闭环时延的方法。

背景技术

现有的卫星地面半物理仿真试验中，由于试验条件和环境的约束，试验中存在一定的闭环延时。以往的卫星地面半物理仿真试验闭环延时往往依靠仿真测试设备的性能进行保证。但是半物理仿真试验中的仿真测试设备引起的延时在卫星真实运行环境中是不存在的，所以有必要采取措施，对卫星地面半物理仿真试验中闭环延时以及卫星真实运行环境不存在的延时进行测量，并对卫星真实运行环境不存在的延时进行有效补偿，从而使卫星地面半物理仿真试验能够在更加真实的卫星运行环境中验证卫星设计方案。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种测量半物理仿真闭环试验闭环时延的方法，它能够在不增加测量设备的前提下，获得保证一定精度的半物理仿真试验延时以及卫星真实运行环境不存在的延时，为下一步进行延时补偿提供依据。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下的技术方案：

一种测量半物理仿真闭环试验闭环时延的方法，包括如下步骤：

第一步，在不改变整个试验构架和模型的前提下，在试验模型初始数据发送端，搭建满足匀速变化规律的数据发送器，该模块通过接口给测试设备发送匀速变化的数据P；

第二步，数据经过每条“卫星模型仿真设备-测试设备-单机-卫星模型仿真设备”的闭环试验数据传输链，返回卫星模型仿真设备，触发数据记录模块，获得此时数据发生器的数据，这样发送的数据P0经过整个闭环试验数据传输链，在保证所需精度的前提下，回到初始数据发送端，此时对应的数据发生器的发送数据为P1；

第三步，利用匀速运动公式进行计算，获得半物理仿真试验的闭环延时；根据获得的单机与卫星模型仿真设备之间的延时进一步得到仿真测试设备引起的真实卫星运行过程中不存在的延时。

如果仿真试验只有一条闭环数据传输链，那么这个闭环延时同时是整个闭环试验的延时，如果存在多条数据传输链，重复前述过程，可以得到多条数据传输链的闭环延时。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、普遍适应性，这种方法不关心具体的试验内容与过程，单机种类，抓住了闭环试验的共同点即数据链的闭环，具有很强的普遍性；

2、约束条件简单、可靠，只需要附加两个模块，即匀速变化数据发生器和数据记录模块，最终采用简单的数值计算就可获得闭环时延；闭环延时包括数据传输过程中的延时和仿真测试设备、单机在进行数值计算的所消耗时间，对于采用422或232串口通讯的数据传输延时可以直接获得，但是通过基于UDP网络协议的数据传输时延，往往因为网络传输可能存在的不稳定性较难获得，而单机计算耗时更是困难。所以该方法利用数据传输闭环的特点，具有简洁、高效、实用的特点。这种方法的精度主要受到数据传输精度的影响，而保证一定的数据传输精度是任何闭环试验都必须满足的前提要求，该方法与单机的连接方式、数据传输协议和数据物理含义的完全无关；

3、经济性，该方法不需要因此而添加专门的测试设备，不需要改变试验的模型或框架。

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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明涉及的半物理仿真系统结构示意图。

图2为本发明涉及的原理框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，卫星模型仿真设备一般由卫星动力学与运动学模块、卫星控制模块、数据的接收、发送模块等构成，卫星模型数据发送模块根据数据传输通讯协议如网络的UDP协议、422、232串口的通讯协议搭建，向地面单机设备发送所需要的信息，数据在各个地面单机设备中传输，数据在各个单机设备之间传输，最后数据回到卫星模型仿真设备，至此整个数据传输构成闭环数据链，而由于单机数量的增加，单机之间不同的连接方式，显然闭环数据传输链不止一条。实线箭头表示半物理仿真试验中与真实星上运行情况一致的数据传输，虚线箭头表示由于需要模拟卫星运行环境而产生的数据传输。显然虚线箭头对应了半物理仿真试验中卫星真实运行条件下不存在的延时。

如图2所示，在不改动整个闭环试验框架或模型的情况下：

①在试验模型初始数据发送端，搭建满足匀速变化规律的数据发生器，通过接口给测试设备发送匀速（变化速度为定值V）变化的数据P；

②当数据P0经过每条“卫星模型-测试设备-单机-卫星模型”的数据传输链，返回给卫星模型仿真设备，触发数据记录模块，获得此时数据发生器发送的数据P1。P、P0、P1数据的性质受到具体半物理试验的数据传输协议的约束，方法本身没有对数据性质以及数据传输协议等方面提出具体要求。

由于数据满足已知变化规律，所以可以采用以下公式求出整个闭环时延△t：

△t=(P1-P0)/V(1)

P0为由数据发生器发送，经过闭环数据传输链返回卫星模型仿真设备的数据；P1为对应于P0返回时刻数据发生器发送的数据。

③考虑返回值P0带有测量噪声，取n拍数据，计算闭环时延的均值

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δt}}=\frac{1}{n}\left(\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δt}}_k\right)---\left(2\right)$

④由于星上控制计算机与单机之间采用串口通讯，两者之间的延时是可以计算的，单机运行计算数据产生的延时通过单机指标获得，所以卫星模型仿真设备与单机之间的延时是可获得的，通过下式求出测试设备引起的半物理仿真试验中一些真实星上情况不存在的延时：

$t=\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δt}}-t_d---\left(3\right)$

k=1,2,…n,表示测量次数；△t_k表示第k次测得的闭环时延。

式中，表示整个半物理仿真试验的闭环延时；

t_d表示卫星模型仿真设备与单机之间的延时；

t表示半物理仿真试验中仿真测试设备引起的延时

根据延时估值t通过采用递推的方式进行延时补偿，从而保证半物理仿真试验能够更加真实的验证卫星方案设计。如果存在多条闭环数据传输链，重复步骤①～步骤④可以获得多条数据传输链中每一条数据传输链的闭环延时估值和半物理仿真试验中仿真测试设备引起的延时。

上述方法与具体的单机特性、试验内容和过程无关，发生器发送的数据受到数据传输协议的约束，重复所述步骤①～步骤④，求出不同试验目的、不同单机组合条件下的半物理仿真试验的闭环延时和仿真测试设备引起的延时。

本发明应用的仿真实例——导航半物理仿真闭环试验

仿真设备：卫星模拟系统，数据库服务器、GNSS模拟器（含控制上位机）、GNSS接收机

数据传输链路：在卫星模拟系统的数据发送端添加匀速变化数据发生器，通过UDP协议给GNSS模拟器发送该数据，GNSS模拟器产生相应的射频信号并发给GNSS接收机，接收机将定位数据发送给卫星模拟系统，触发数据记录模块记录此时匀速变化数据发生器的数据。

测试结果：利用式（1）计算单次闭环延时，利用式（2）计算多次闭环时延均值。测得整个数据回路的闭环时延为18ms±1ms（多次测量的实时变化范围），接收机数据运算以及接收机与卫星模拟系统的传输总延时为2ms，这样GNSS模拟器引起的的延时约为16ms±1ms。

本发明具有普遍性，测量方法不关心具体的试验内容、单机的数据传输类型、数量；不改变试验的构架，不改变模型，不增加设备的投入，只添加两个模块即匀速变化数据发生器和数据记录模块，就可以测量出闭环延时。

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 (2)

1.一种测量半物理仿真闭环试验闭环时延的方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步，在不改变整个试验构架和模型的前提下，在卫星模型仿真设备的初始数据发送端，搭建满足匀速变化规律的数据发生器，该数据发生器通过接口给测试设备发送匀速变化的数据P，变化速度为已知定值V；

第二步，数据经过每条“卫星模型仿真设备-测试设备-单机-卫星模型仿真设备”的闭环试验数据传输链，返回卫星模型仿真设备，触发数据记录模块，获得此时数据发生器的数据，这样发送的数据P0经过整个闭环试验数据传输链，在保证所需精度的前提下，回到初始数据发送端，此时对应的数据发生器的发送数据为P1；

第三步，利用匀速运动公式进行计算，获得半物理仿真试验的闭环时延；根据获得的单机与卫星模型仿真设备之间的延时进一步得到仿真测试设备引起的真实卫星运行过程中不存在的延时；

所述第三步，具体为：

①采用以下公式求出整个闭环时延Δt：

Δt＝(P1-P0)/V

P0为由数据发生器发送，经过闭环试验数据传输链返回卫星模型仿真设备的数据；P1为对应于P0返回时刻数据发生器发送的数据；

②考虑P0的返回值带有测量噪声，取n拍数据，计算闭环时延的均值

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}t}=\frac{1}{n}\left(\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\Δt}}_k\right)$

k＝1,2,…n,表示测量次数；Δt_k表示第k次测得的闭环时延；

③通过下式求出仿真测试设备引起的半物理仿真试验中一些真实星上情况不存在的延时：

$t=\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}t}-t_d$

式中，表示整个半物理仿真试验的闭环时延；

t_d表示卫星模型仿真设备与单机之间的延时；

t表示半物理仿真试验中仿真测试设备引起的延时。

2.根据权利要求1所述的一种测量半物理仿真闭环试验闭环时延的方法，其特征在于：如果仿真试验只有一条闭环试验数据传输链，那么这个闭环时延同时是整个闭环试验的延时，如果存在多条数据传输链，重复第一步到第三步，得到多条数据传输链的闭环时延以及测试设备引起的真实卫星运行过程中不存在的延时。