CN106342297B - 一种以单机设备建模的卫星建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以单机设备建模的卫星建模方法，包括设计单机设备模型架构、单机设备模型的建立和整星拓扑图构建；本发明以单机设备为对象建模，把单机设备构建成一个对象，设备的工作约束、操作、状态遥测与设备特性作为该设备对象的操作与属性；当对该设备进行操作或者设备的特性发生变化时，设备也随之变化为相对应的状态，并依据设备连接关系构建整星设备拓扑图，真实、高精度的仿真出所需卫星工作状态。

Description

一种以单机设备建模的卫星建模方法

技术领域

本发明涉及卫星仿真技术领域，具体涉及一种以单机设备建模的卫星建模方法。

背景技术

卫星在经济和国防中起着重要的作用，卫星研究工作的开展需要系统仿真技术的支持。仿真技术在卫星的设计研制、在轨运行、综合管理和实际应用等各个阶段必不可少，它以较低的成本对卫星系统进行全面的系统分析、方案设计与性能分析。

目前的卫星仿真软件的建模是以分系统为对象，进行功能模块建模，这种建模大多属于简单模型仿真，与卫星真实技术状态只能在变化趋势上近似，仿真精度不高。

发明内容

本发明提供了一种以单机设备建模的卫星建模方法，以单机设备为对象建模，并依据设备连接关系构建整星设备拓扑图，真实、高精度的仿真出所需卫星工作状态。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一、设计单机设备模型架构；

1)单机设备代号编制：每台单机设备都有唯一的编号，编号采用五位数字，前两位表示设备所属分系统的序号，后三位表示该设备在分系统中的序号；该单机设备代号是在单机设备模型建立过程中编制的；

2)单机设备类别信息：依据单机设备运行逻辑和单机设备信号处理的不同对单机设备进行分类，分类编号i从0开始；该类别信息是在单机设备模型建立过程中编制的；

3)单机设备状态：设备状态包括设备的开关机状态On和Off，设备运行状态；

4)单机设备工作约束条件构建：设置设备工作电压V、电流I和环境温度Ti为单机设备模型的工作约束，并设置它们取值范围；

5)单机设备运行逻辑：

6)单机设备遥控指令执行：单机设备遥控指令执行的指令；

7)单机设备遥测参数：记录单机设备所对应的遥测参数及其参数值；

8)单机设备能耗信息：包括功耗PW、热耗HW以及单机设备功耗和热耗值的改变会引起的电压、电流或温度的改变；

9)单机设备信号信息：定义通过设备的信号频率fi与功率SW为单机设备模型的属性，并确定信号频率fi的取值范围；

10)单机设备信号输入输出端口：设备信号输入端口P1i，为设备信号的输入端，0＜i＜n，n为整数；设备信号输出端口P2j为设备信号的输出端，1＜j＜m，m为整数；

11)单机设备信号处理：单机设备信号处理进行输入信号的合成、分频、变频和信号引起的设备遥测参数与状态参数的变化；

12)单机设备对外接口：对外接口包括遥测发送接口和遥控接收接口；

二、单机设备模型的建立：

a)将单机设备模型架构中所列的第3)、4)、6)、7)、8)、9)、10)、12)项作为共有操作与属性，将共有操作与属性相同的设备作为一大类，每个大类建立一个单机设备共有模型，该单机设备共有模型具备所属大类中所有设备都共有的操作与属性；

b)在每个大类中，将依据单机设备模型架构中所列的第5)、11)项作为设备特有的操作和属性对单机设备进行分类，将特有的操作和属性相同的设备作为一小类，每一小类单机设备建立单机设备子类模型，单机设备子类模型不但继承了单机设备共有模型的所有操作和属性，还具单机备设备子模型所述小类特有的操作和属性；并将分类后得到单机设备子类模型进行编号，编号i从0开始，得到第2)项所述的单机设备类别信息；

c)针对每一小类，根据待仿真卫星实际结构确定该小类中实际存在单机设备个数，利用单机备设备子模型建立每一台需要仿真的单机设备的模型作为单机设备对象，放入单机设备对象库，并在每个小类中按照第1)项的要求对每个单机设备对象唯一的编号；该单机设备对象具备单机设备子类模型的所有操作和属性；

三、整星拓扑图构建；

依据待仿真卫星中单机设备连接关系，将步骤二建立的各单机设备对象连接起来，从而构建整星设备拓扑图，单机设备对象间用第10)项定义的输入输出端口连接。

本发明的有益效果：

本发明以单机设备为对象建模，把单机设备构建成一个对象，设备的工作约束、操作、状态遥测与设备特性作为该设备对象的操作与属性。当对该设备进行操作或者设备的特性发生变化时，设备也随之变化为相对应的状态，并依据设备连接关系构建整星设备拓扑图，真实、高精度的仿真出所需卫星工作状态。

附图说明

图1该建模方法流程图；

图2卫星仿真的设备间连接关系拓扑图；

图3基于单机设备模型的仿真流程；

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

本发明提供了一种以单机设备建模的卫星建模方法，具体步骤为：

一、设计单机设备模型架构；

首先以单机设备进行仿真建模，把设备的操作、状态和特性总结归纳为所建单机设备模型的约束、操作、状态和属性，并在四者之间建立关联关系，进行单机设备的状态仿真。

1)单机设备代号编制，每台单机设备都有唯一的编号，编号采用五位数字，如XX001，前两位XX表示设备所属分系统的序号，后三位001表示该设备在分系统中的序号。定义设备序号为单机设备模型的标识属性。该单机设备代号是在单机设备模型建立过程中编制的；

2)单机设备类别信息：依据设备运行逻辑和单机设备信号处理对单机设备进行分类，分类编号i从0开始，可以根据需求增加。定义设备类别信息为单机设备模型的属性。该单机设备代号是在单机设备模型建立过程中编制的；

3)单机设备状态：设备状态包括设备的开关机状态On和Off，设备运行状态RSi。定义On、Off、RSi为单机设备模型的属性。

4)单机设备工作约束条件构建：记录单机设备工作电压V和电流I，环境温度Ti等条件的状态，是设备正常运行的前提。设置V、I和Ti为单机设备模型的工作约束，并设置它们取值范围。

5)单机设备运行逻辑：单机设备运行逻辑体现设备功能，依据设备功能对单机设备进行分类。

6)单机设备遥控指令执行：单机设备遥控指令执行的指令；执行本设备的遥控指令执行的指令，产生相应的遥测信息。定义遥控指令执行为单机设备模型的操作。

7)单机设备遥测参数：根据设备遥测参数Param记录设备产生的遥测值。定义Param为单机设备模型的属性。

8)单机设备能耗信息：能耗信息包括功耗PW(记录设备对能量的影响)和热耗HW(记录设备对热量的影响)，以及单机设备能耗和热耗值的改变可能会会引起的电压、电流或温度的改变。定义PW，HW为单机设备模型的属性。

9)单机设备信号信息：设备信号信息包括通过设备的信号频率fi与功率SW。定义fi，SW为单机设备模型的属性，并确定信号频率fi的取值范围。

10)单机设备信号输入输出端口：设备信号输入端口P1i，为设备信号的输入端，0＜i＜n，n为整数；设备信号输出端口P2j为设备信号的输出端，1＜j＜m，m为整数。定义P1i，P2j为单机设备模型的属性，每一类设备的信号输入端口P1i和信号输出端口P2j的大小根据设备的特性定义，一般定义为i进j出设备。

11)单机设备信号处理：单机设备信号处理进行输入信号的合成、分频、变频和信号引起的设备遥测参数与状态参数的变化。定义单机设备信号处理为单机设备模型的操作。

12)单机设备对外接口：对外接口包括遥测发送接口(设备通过遥测接口发送本设备的遥测数据给遥测采集设备)和遥控接收接口(设备通过遥控接收接口接收本设备的遥控指令信息)。定义设备对外接口为单机设备模型的操作。

二、单机设备模型库的建立：

a)将单机设备模型架构中所列的第3)、4)、6)、7)、8)、9)、10)、12)项作为共有操作与属性，将共有操作与属性相同的设备作为一大类，每个大类建立一个单机设备共有模型，该单机设备共有模型具备所属大类中所有设备都共有的操作与属性；

b)在每个大类中，将依据单机设备模型架构中所列的第5)、11)项作为设备特有的操作和属性对单机设备进行分类，将特有的操作和属性相同的设备作为一小类，每一小类单机设备建立单机设备子类模型，单机设备子类模型不但继承了单机设备共有模型的所有操作和属性，还具单机备设备子模型所述小类特有的操作和属性；并将分类后得到单机设备子类模型进行编号，编号i从0开始，得到第2)项所述的单机设备类别信息；

c)针对每一小类，根据待仿真卫星实际结构确定该小类中实际存在单机设备个数，利用单机备设备子模型建立每一台需要仿真的单机设备的模型作为单机设备对象，放入单机设备对象库，并在每个小类中按照第1)项的要求对每个单机设备对象唯一的编号；该单机设备对象具备单机设备子类模型的所有操作和属性；

三、整星拓扑图构建：

在建立单机设备模型库的基础上，以整星原理图为依据，建立如图1所示的与整星高度近似的设备间连接关系拓扑图，单机设备间用输入输出端口连接，体现整星仿真时单机设备的供电与运行的关联状态，从而能进行近似度更高的卫星状态仿真。

以设备02(XX201)为例，设备02为该单机设备的名称，XX201是该设备的编号，是区别于其它设备的编号。设备02由电源2(PP102)供电，输入端口P11、P12分别与分路器1(XX301)输出端口P22和设备08(XX211)输出端口P21连接，输出端口P21与设备04(XX202)输入端口P11连接，形成一个通路。设备02(XX201)加电开机正常工作时，处理遥控指令与输入信号，产生遥测、状态信息并输出遥测数据信息与信号信息。

单机设备仿真流程如图2所示：

单机设备仿真流程具有单机设备逻辑运行、单机设备遥控指令执行、单机设备信号处理和单机设备遥测采集等四个仿真子流程。单机设备通过以上四个子流程完成该设备的功能与性能的仿真。

工作步骤：

1)单机设备仿真流程开始，进入某一子流程P仿真过程，在每一个子流程开始前，判断设备开关机状态，若设备关机，本流程结束；

2)若设备开机，判断设备工作约束条件V、I、T是否在设备工作所需阈值范围内，若取值超限，本流程结束；

3)若取值合理，开始子流程P仿真(P为单机设备逻辑运行、单机设备遥控指令执行、单机设备信号处理和单机设备遥测采集等四个仿真子流程之一)。在每个仿真周期中都要依次进行单机设备逻辑运行和单机设备遥测采集仿真子流程；在每个仿真周期中如果接收到单机发备遥控指令信息或者输入信号信息，则进行单机设备遥控指令执行仿真子流程或单机设备信号处理仿真子流程。

单机设备逻辑运行子流程：

4)单机设备逻辑运行子流程开始，获取第3)项属性设备状态信息，若设备状态获取失败，本流程结束；

5)若设备状态信息获取成功，判断第3)项属性设备运行状态，若设备运行状态错误，本子流程结束；

6)若设备运行状态正确，根据第7)项属性仿真设备的遥测参数及其参数值并输出；根据第8)项属性仿真设备功耗、热耗以及单机设备功耗和热耗值的改变会引起的电压、电流或温度的改变；

7)第5)项操作设备运行逻辑结束，本子流程完成。

单机设备遥控指令执行子流程：

8)单机设备遥控指令执行子流程开始，根据第12)项操作遥控接收接口接收遥控指令转发设备发来的遥控指令信息；

9)判断遥控指令信息是否正确，若遥控指令信息错误，本子流程结束；

10)若遥控指令信息正确，根据第6)项属性进行遥控指令执行仿真，若遥控指令执行错误，本子流程结束；

11)若遥控指令执行正确，变化对应的遥测参数信息并输出，本子流程完成。

单机设备信号处理子流程：

12)单机设备信号处理子流程开始，根据第10)项属性从设备输入端口接收外部输入信号信息；

13)根据第9)项属性进行输入信号信息与设备工作信号信息匹配，若输入信号的频率在设备的信号频率fi的取值范围内(信号频率fi的取值范围根据第4)项属性确定)，则匹配成功；若匹配失败，本子流程结束；

14)若信号信息匹配成功，设定单机设备相应的功率，根据第11)项操作进行信号处理过程1(依据信号频率进行信号的分路、和路与变频等处理)；

15)根据第11)项操作进行型号处理过程2(依据信号输入功率PW进行设备遥测参数、热耗、功耗等属性的处理)；

16)完成信号处理后，并把信号信息送到与之匹配的信号输入口，作为下一个连接设备的输入信号；本子流程完成。

单机设备遥测采集子流程：

17)单机设备遥测采集子流程开始，接收遥测采集设备发来的遥测采集信号；

18)获取遥测采集设备所需的本设备遥测信息，若获取失败，本子流程结束；

19)若获取成功，把获取的遥测信息组织成遥测采集设备所需的遥测格式；

20)判断遥测发送接口是否正常，若不正常，本子流程结束；若遥测发送接口正常，发送遥测数据信息给遥测采集设备，本子流程完成。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种以单机设备建模的卫星建模方法，其特征在于：

一、设计单机设备模型架构；

1)单机设备代号编制：每台单机设备都有唯一的编号，编号采用五位数字，前两位表示设备所属分系统的序号，后三位表示该设备在分系统中的序号；该单机设备代号是在单机设备模型建立过程中编制的；

2)单机设备类别信息：依据单机设备运行逻辑和单机设备信号处理的不同对单机设备进行分类，分类编号i从0开始；该类别信息是在单机设备模型建立过程中编制的；

3)单机设备状态：设备状态包括设备的开关机状态On和Off，设备运行状态；

4)单机设备工作约束条件构建：设置设备工作电压V、电流I和环境温度Ti为单机设备模型的工作约束，并设置它们取值范围；

5)单机设备运行逻辑：

6)单机设备遥控指令执行：单机设备遥控指令执行的指令；

7)单机设备遥测参数：记录单机设备所对应的遥测参数及其参数值；

8)单机设备能耗信息：包括功耗PW、热耗HW以及单机设备功耗和热耗值的改变会引起的电压、电流或温度的改变；

9)单机设备信号信息：定义通过设备的信号频率fi与功率SW为单机设备模型的属性，并确定信号频率fi的取值范围；

10)单机设备信号输入输出端口：设备信号输入端口Pli，为设备信号的输入端，0＜i＜n，n为整数；设备信号输出端口P2j为设备信号的输出端，1＜j＜m，m为整数；

11)单机设备信号处理：单机设备信号处理进行输入信号的合成、分频、变频和信号引起的设备遥测参数与状态参数的变化；

12)单机设备对外接口：对外接口包括遥测发送接口和遥控接收接口；

二、单机设备模型的建立：

a)将单机设备模型架构中所列的第3)、4)、6)、7)、8)、9)、10)、12)项作为共有操作与属性，将共有操作与属性相同的设备作为一大类，每个大类建立一个单机设备共有模型，该单机设备共有模型具备所属大类中所有设备都共有的操作与属性；

b)在每个大类中，将依据单机设备模型架构中所列的第5)、11)项作为设备特有的操作和属性对单机设备进行分类，将特有的操作和属性相同的设备作为一小类，每一小类单机设备建立单机设备子类模型，单机设备子类模型不但继承了单机设备共有模型的所有操作和属性，还具备单机设备子模型所述小类特有的操作和属性；并将分类后得到单机设备子类模型进行编号，编号i从0开始，得到第2)项所述的单机设备类别信息；

c)针对每一小类，根据待仿真卫星实际结构确定该小类中实际存在单机设备个数，利用单机设备子模型建立每一台需要仿真的单机设备的模型作为单机设备对象，放入单机设备对象库，并在每个小类中按照第1)项的要求对每个单机设备对象唯一的编号；该单机设备对象具备单机设备子类模型的所有操作和属性；

三、整星拓扑图构建；

依据待仿真卫星中单机设备连接关系，将步骤二建立的各单机设备对象连接起来，从而构建整星设备拓扑图，单机设备对象间用第10)项定义的输入输出端口连接。