CN103760898A - 一种快速建立小卫星控制测试系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种快速建立小卫星控制测试系统的方法，针对不同小卫星控制系统，实现其测试系统的快速建立、易于扩展和移植，以达到提升测试质量、缩短测试时间的目的。通过建立上行敏感器信号源模块、下行执行机构工作信息隔离和电平转换模块、下行状态信息和上行控制信号隔离模块，统一了单个部件的对外输入接口、输出接口，实现了不同部件的灵活组合，且易于扩展和移植，提高了测试设备硬件模块的复用率和通用性；根据不同小卫星控制系统的星地接口关系，利用星地接口适配器进行硬件模块输入接口、输出接口的连接和配置，满足了卫星与地面测试系统接口变化而测试系统硬件不变的需求，实现真正意义上的通用化和板卡级的可互换性。

Description

一种快速建立小卫星控制测试系统的方法

技术领域

本发明涉及一种快速建立小卫星控制测试系统的方法，属于小卫星测试技术领域。

背景技术

控制系统在空间飞行状态时是一个闭环的多元自主控制系统，在卫星飞行任务的不同阶段有其不同的控制模式，每种模式都有其特有的测量部件和执行部件组合，以及不同的运算和控制规律。为验证系统方案和技术设计的合理性及详细的性能指标，需要创造一个为其构成闭环控制的测试环境。

控制测试系统以星上部件、软件、方案为被测对象，包括测试设备硬件、地面动力学仿真软件、以及其他一些软件。由于每颗卫星部件配置的不同以及星地接口关系的不同，需要一星专用或一平台专用，因此造成各星或各平台的测试系统各异，不能通用，搭建、扩展和移植困难，且需要测试人员去适应每种不同的测试系统。随着小卫星研制任务的激剧增长，原有测试系统的构建、使用模式已经不能适应小卫星多星并行测试、快速测试和批量生产模式的测试需求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种快速建立小卫星控制测试系统的方法，针对不同小卫星控制系统，实现其测试系统的快速建立、易于扩展和移植，以达到提升测试质量、缩短测试时间的目的。

本发明的技术解决方案是：一种快速建立小卫星控制测试系统的方法，步骤如下：

（1）将被测试小卫星控制系统的组成部件按照敏感器、控制器、执行机构进行分类；

（2）根据步骤（1）的分类，为敏感器建立上行信号源模块，为执行机构建立下行工作信息隔离和电平转换模块，为控制器建立下行状态信息和上行控制信号隔离模块；

（3）根据步骤（1）分类的被测试小卫星控制系统所需要的部件类型和数量，对步骤（2）建立的上行敏感器信号源模块、下行执行机构工作信息隔离和电平转换模块、下行状态信息和上行控制信号隔离模块进行最大化数量配置；

（4）将步骤（3）中配置的上行敏感器信号源模块、下行执行机构工作信息隔离和电平转换模块、下行状态信息和上行控制信号隔离模块的输入、输出信号按信号类型进行分类，统计分类后的信号类型所对应的输入接口、输出接口数量；

（5）根据不同小卫星控制系统的星地接口关系，利用与步骤（4）统计的输入接口、输出接口数量相匹配的星地接口适配器进行输入信号、输出信号的连接；

（6）将步骤（5）连接完成的输入信号、输出信号与敏感器模型、执行机构信息采集模块进行连接，再将敏感器模型、执行机构信息采集模块与动力学仿真模型进行连接，形成闭环，建立完成。

本发明与现有技术相比的优点是：

（1）通过建立上行敏感器信号源模块、下行执行机构工作信息隔离和电平转换模块、下行状态信息和上行控制信号隔离模块，统一了单个部件的对外输入接口、输出接口，实现了不同部件的灵活组合，且易于扩展和移植，提高了测试设备硬件模块的复用率和通用性；

（2）根据不同小卫星控制系统的星地接口关系，利用星地接口适配器进行硬件模块输入接口、输出接口的连接和配置，满足了卫星与地面测试系统接口变化而测试系统硬件不变的需求，起到自适应的作用，可以根据卫星测试需求进行改变，使得系统的重构和升级变得简单，实现真正意义上的通用化和板卡级的可互换性；

（3）改变了传统控制测试系统一星专用或一平台专用的构建模式，实现了地面测试系统的快速构建，满足了快速测发控技术对地面测试系统的诉求，同时，可降低系统成本、缩减系统规模的平衡。

附图说明

图1为小卫星控制系统地面测试原理框图；

图2为小卫星控制测试系统建立方法流程图。

具体实施方式

小卫星控制系统地面测试原理如图1所示。在进行地面测试时，星上的姿态和轨道控制计算机（AOCC-Attitude and Orbit Control Computer）运行星载程序，地面动力学仿真计算机运行动力学仿真程序来模拟空间环境和卫星动力学控制定律。在一个仿真周期内，AOCC接收星上敏感器的姿态信息（该姿态信息由上行敏感器信号源模块产生激励信号作用于星上敏感器产生），进行卫星姿态确定和控制律计算，输出对应的控制指令给执行机构，执行机构工作信息隔离和电平转换模块对执行机构的工作信息进行调理，通过输入接口的执行机构信息采集模块进行采集后送给动力学仿真模型，经过动力学仿真轨道计算、地磁场计算和运动学计算得到卫星姿态和轨道信息的仿真计算数据，由输出接口的敏感器模型转换成相应的信号格式，通过上行敏感器信号源模块送卫星敏感器，然后开始下一个仿真周期的计算和控制。

如图2所示，为了快速建立小卫星控制测试系统，需要按照本方法的步骤进行实施：

（1）将被测试的小卫星控制系统的组成部件按照敏感器、控制器、执行机构进行分类。对于不同的卫星平台和不同的卫星，控制测试系统需要检测的产品存在着一定的区别，但是均由测量部件、控制器和执行部件组成。测量部件包括太阳敏感器、地球敏感器、惯性姿态敏感器、星敏感器等；执行部件包括推进分系统、飞轮、磁力矩器、帆板驱动机构等；控制器包括控制计算机和硬件逻辑控制线路。其中，太阳敏感器通常包括数字式太阳敏感器、模拟式太阳敏感器，惯性姿态敏感器通常指速率积分陀螺，为满足卫星快速姿态机动能力的需求，部分小卫星控制系统执行部件还增加有控制力矩陀螺。

（2）对步骤（1）中分类后的各组成部件建立测试设备硬件模块，为敏感器建立上行信号源模块，为执行机构建立下行工作信息隔离和电平转换模块，为控制器建立下行状态信息和上行控制信号隔离模块。例如，单通道的陀螺模块、单通道的数字太阳敏感器模块、单个的红外地球敏感器模块、单个的动量轮模块等，即卫星控制系统中使用的部件都建立可以通用的单一模块。例如，星上控制器输出的姿控/轨控推力器喷气信号为0/28V的脉宽信号，执行机构下行工作信息隔离和电平转换模块需要将其转换成TTL电平信号，进行星地信号隔离后再测量有效脉冲宽度。

（3）根据不同小卫星控制系统所需要的部件类型和数量，对步骤（2）建立的上行敏感器信号源模块、下行执行机构工作信息隔离和电平转换模块、下行状态信息和上行控制信号隔离模块进行最大化数量配置。按照每颗卫星部件配置的不同，最大化配置测试设备硬件模块。例如，某小卫星安装有12个1N姿控推力组件、1个5N轨控推力组件，另一平台某小卫星安装有10个1N姿控推力组件、2个5N轨控推力组件，为实现通用性，执行机构下行工作信息隔离和电平转换模块则按照12个1N姿控推力组件、2个5N轨控推力组件配置隔离和电平转换电路。

（4）将步骤（3）中配置的上行敏感器信号源模块、下行执行机构工作信息隔离和电平转换模块、下行状态信息和上行控制信号隔离模块的输入、输出信号按信号类型进行分类，统计分类后的信号类型所对应的输入接口、输出接口数量。将测试设备硬件模块的输入、输出信号按信号极性分为上行信号、下行信号，并统计出单个模块的各类信号的数量以及测试系统配置的信号的数量。例如，单通道的数字太阳敏感器模块包含7道粗码、4道细码、2道监视码、1道全开码，某卫星安装1个数字太阳敏感器部件（包括2个太阳敏感器探头），则数字太阳敏感器信号源模块包含上行信号28路。

（5）根据不同小卫星控制系统的星地接口关系，利用与步骤（4）统计的输入接口、输出接口数量相匹配的星地接口适配器进行输入信号、输出信号的连接。星地接口适配器是为满足地面测试系统与卫星接口变化而测试系统硬件不变的需求而设计的，起到自适应的作用，可以根据卫星测试需求进行改变，使得系统的重构和升级变得简单，实现真正意义上的通用化和板卡级的可互换性。

（6）将步骤（5）连接完成的输入信号、输出信号与敏感器模型、执行机构信息采集模块进行连接，再将敏感器模型、执行机构信息采集模块与动力学仿真模型进行连接，形成闭环，建立完成。利用商业的组态软件（用来提供建立硬件模块与软件程序联系的开发环境）将测试设备硬件模块的输入、输出接口信号与敏感器模型、执行机构信息采集模块进行连接，再将敏感器模型、执行机构信息采集模块与动力学仿真模型进行连接。例如，上述的数字太阳敏感器模型，即是将动力学仿真模型计算得到的数字太阳敏感器角度姿态数据送给敏感器模型，由敏感器模型转换成相应的信号格式由信号源硬件模块送卫星敏感器。为保证动力学仿真的实时性，动力学仿真计算机运行基于优先级调度的可抢占式内核的实时操作系统。在实时操作系统的基础上，程序被划分为多个任务，由实时操作系统对各任务进行调度运行。一个仿真周期的任务由测试主任务和相应的辅助任务组成，在规定的仿真周期内辅助任务没有完成则辅助任务应被立即挂起，待主任务完成后继续执行辅助任务。主任务包括执行机构信息采集任务、敏感器模型计算任务、动力学仿真模型计算任务、数据库操作任务，辅助任务主要包括与人机接口设备通讯、接收人机接口设备的控制指令、操作系统管理任务和空闲任务。按照测试对象的时序和优先级进行任务调度，对外提供良好的人机交互界面。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种快速建立小卫星控制测试系统的方法，其特征在于步骤如下：

（1）将被测试小卫星控制系统的组成部件按照敏感器、控制器、执行机构进行分类；

（2）根据步骤（1）的分类，为敏感器建立上行信号源模块，为执行机构建立下行工作信息隔离和电平转换模块，为控制器建立下行状态信息和上行控制信号隔离模块；

（3）根据步骤（1）分类的被测试小卫星控制系统所需要的部件类型和数量，对步骤（2）建立的上行敏感器信号源模块、下行执行机构工作信息隔离和电平转换模块、下行状态信息和上行控制信号隔离模块进行最大化数量配置；

（4）将步骤（3）中配置的上行敏感器信号源模块、下行执行机构工作信息隔离和电平转换模块、下行状态信息和上行控制信号隔离模块的输入、输出信号按信号类型进行分类，统计分类后的信号类型所对应的输入接口、输出接口数量；

（5）根据不同小卫星控制系统的星地接口关系，利用与步骤（4）统计的输入接口、输出接口数量相匹配的星地接口适配器进行输入信号、输出信号的连接；

（6）将步骤（5）连接完成的输入信号、输出信号与敏感器模型、执行机构信息采集模块进行连接，再将敏感器模型、执行机构信息采集模块与动力学仿真模型进行连接，形成闭环，建立完成。

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