CN110442043B - 卫星gnc系统实时-半物理柔性化仿真测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种卫星GNC系统实时‑半物理柔性化仿真测试系统,包括:卫星GNC系统、动力学模型、动力学模型控制系统;卫星GNC系统包括数字单机、仿真动力学模型,数字单机嵌入仿真动力学模型形成闭环系统,卫星GNC系统内的星载计算机对数字单机的电信号特性采集并计算;动力学模型置于动力学机柜内,动力学机柜内还设置有数字单机模拟板卡;卫星GNC系统与动力学模型通过电缆网连接,电缆网的信号接口为数字单机接口;动力学模块控制系统设有数字单机接口,动力学模块控制系统能够实现数字单机与真实单机的切换。本发明降低了测试系统的投入,提高测试系统的研制效率,缩短测试周期,降低卫星的仿真测试成本。

Description

卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统
技术领域
本发明涉及卫星实时仿真系统、半物理仿真系统地面仿真验证技术领域,具体地,涉及一种卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统。
背景技术
卫星GNC系统的研制为了保证GNC系统软件开发的研制进度,一般会先投产GNC系统星载计算机,进行GNC系统的软件调试,配套的需要研制一套实时仿真系统进行实时仿真及软件调试。为了考核GNC系统星载计算机软件与GNC系统其他单机接口的匹配性,软件的正确性,需要研制半物理仿真系统,将所有GNC系统单机产品接入闭环系统进行仿真验证。
传统卫星需要研制一套实时仿真系统、一套半物理仿真系统,且往往实时仿真系统环境与半物理仿真系统环境不一样,需要开发的是完全不同的两套系统。目前卫星型号研制人员精简,GNC系统软件设计师无暇同时顾及实时仿真系统调试与半物理仿真系统调试,实时仿真系统、半物理仿真系统同时运行的需求已不再迫切。
在卫星GNC系统研制的初期,在研制实时仿真系统阶段将接入单机产品所应具备的条件进行充分考虑,建立一种实时-半物理柔性化仿真测试平台的需求是当前技术领域内的亟待解决的问题。
经现有技术检索,国内外未查询到相关专利以及相关论文。
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卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统。
根据本发明提供的一种卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统,包括:卫星GNC系统、动力学模型、动力学模型控制系统:
所述卫星GNC系统包括数字单机、仿真动力学模型,所述数字单机嵌入仿真动力学模型形成闭环系统,所述卫星GNC系统内的星载计算机对数字单机的电信号特性采集并计算;
所述动力学模型置于动力学机柜内,所述动力学机柜内设置有数字单机模拟板卡,所述数字单机模拟卡模拟单机的电接口特性,由于数字单机模拟卡模拟了单机的电接口特性,替代真实产品参与GNC系统闭环试验,使GNC系统信息流程与在轨流程一致,达到仿真研制的目的;
所述卫星GNC系统与所述动力学模型通过电缆网连接,所述电缆网的信号接口为数字单机接口;所述动力学模块控制系统设有数字单机接口切换功能,所述动力学模块控制系统能够实现数字单机与真实单机的切换。在卫星各研制阶段,能参加系统闭环试验的真实产品数量不确定,将实时仿真系统功能与半物理仿真系统功能结合在一起,真实产品不能参加的情况下,采用数字单机参与闭环试验,可以适用GNC系统参试的真实产品的数量变化。
一些实施方式中,所述卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统不局限于接入真实单机产品的数量与种类。
一些实施方式中,所述卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统可进行实时、部分实时以及完整半物理仿真测试,所述实时仿真测试为全部数字单机参与闭环实验,所述部分实时仿真测试为部分真实单机参与闭环实验,所述完整半物理仿真测试是指全部真实单机参与闭环实验。
一些实施方式中,所述仿真动力学模型接入真实单机产品进行仿真试验时,数字单机产品同步空载运行。
一些实施方式中,所述真实单机产品的电性能采用simulink进行建模,生成该单机产品的数字单机并具备真实单机产品的通信功能。
一些实施方式中,所述真实单机与所述数字单机具备相同的电缆接口,所述真实单机与所述数字单机统一为数字单机接口形式。,对同一种信号类型的产品接口定义统一信号接点、接插件类型
一些实施方式中,所述数字单机接口对同一种信号类型的产品接口定义统一信号接点、接插件类型
一些实施方式中,所述电缆网的电信号功能与供电相互独立。
一些实施方式中,所述动力学模型控制系统远程控制端设有切换开关,所述切换开关使得仿真动力学模型与真实单机的连接保持一致。
一些实施方式中,所述真实单机与数字单机的产品在仿真测试时可任意组合。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明相较半物理仿真测试系统代价增加很少,仅需要新增少量数字单机接口模拟板卡即可,且电缆网更动很少,易于状态管理,节省场地。
2、本发明的测试系统仅需要同一套仿真设备、同一套仿真测试软件即可以满足实时仿真系统、半物理仿真系统的全部功能,适用于卫星的各个研制阶段,从而达到提高仿真测试效率,降低研制成本的目的。
3、本发明可以确保测试系统的实用性、降低测试系统的投入,提高测试系统的研制效率,缩短测试周期,降低卫星的仿真测试成本。
4、本发明的卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统不局限于接入真实单机产品的数量、种类可以进行实时、部分实时、完整半物理仿真测试,使得对单机产品的依赖度降低,可以充分考核星载软件及星载计算机与单机产品的接口匹配性。
5、本发明的测试系统中真实单机与数字单机的产品在仿真测试时可任意组合,最大程度保证产品可测,软件可以调试。
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为卫星GNC系统实时-半物理仿真系统组成图;
图2为卫星GNC系统半物理仿真系统组成图;
图3卫星GNC系统实时仿真系统组成图;
图4为实时-半物理仿真系统卫星动力学模型远程端控制软件。
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,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-4所示,本发明提供了一种卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统,包括:卫星GNC系统、动力学模型、动力学模型控制系统:
所述卫星GNC系统包括数字单机、仿真动力学模型,所述数字单机嵌入仿真动力学模型形成闭环系统,所述卫星GNC系统内的星载计算机对数字单机的电信号特性采集并计算;
所述动力学模型置于动力学机柜内,所述动力学机柜内还设置有数字单机模拟板卡;
所述卫星GNC系统与所述动力学模型通过电缆网连接,所述电缆网的信号接口为数字单机接口;所述动力学模块控制系统设有数字单机接口,所述动力学模块控制系统能够实现数字单机与真实单机的切换。
本发明的基本原理为在卫星GNC系统半物理仿真测试系统基础上,增加数字单机模拟板卡;卫星动力学模型软件在半物理仿真测试系统基础上增加实时仿真系统中研制的数字单机接口;在卫星动力学远程控制端软件在原半物理基础上增加数字单机、真实单机切换功能;电缆网的研制转接成统一信号接口的数字单机接口,采用同一套测试电缆,完成数字单机与真实单机的无缝切换。
卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统相较半物理仿真测试系统代价增加很少,仅需要新增少量数字单机接口模拟板卡即可,且电缆网更动很少,易于状态管理,节省场地。本发明的测试系统仅需要同一套仿真设备、同一套仿真测试软件即可以满足实时仿真系统、半物理仿真系统的全部功能,适用于卫星的各个研制阶段,从而达到提高仿真测试效率,降低研制成本的目的。本发明可以确保测试系统的实用性、降低测试系统的投入,提高测试系统的研制效率,缩短测试周期,降低卫星的仿真测试成本。
所述卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统不局限于接入真实单机产品的数量、种类可以进行实时、部分实时、完整半物理仿真测试,所述实时为全部数字单机参与闭环实验,所述部分实时为部分真实单机参与闭环实验,所述完整半物理仿真测试是指全部真实单机参与闭环实验。对单机产品的依赖度降低,可以充分考核星载软件及星载计算机与单机产品的接口匹配性。
所述卫星仿真动力学模型在接入真实单机产品进行仿真试验时,数字单机产品亦同步空载运行。无真实单机产品时,该测试系统接入数字单机,真实单机产品需要参与测试时,可以接入,在星载单机产品配套表范围内,可以任意进行数字单机产品与真实单机产品的切换。
所述真实单机产品的电性能采用simulink进行建模,生成该单机产品的数字单机,且具备真实单机产品的通信功能,满足星载计算机软件调试。
真实单机产品与数字单机具备相同的电缆接口,实现按需进行数字单机产品与真实单机产品的无缝切换,同时真实单机产品电信号接口形式统一为数字单机接口形式,对同一种信号类型的产品接口定义统一信号接点、接插件类型。
所述电缆网的电信号功能与供电相互独立设计。为了保证切换数字单机与真实单机的安全性,电缆网将电信号功能与供电分开设计,一般切换操作电缆时仅需对信号电缆进行切换。
所述动力学模型控制系统远程控制端设有切换开关,所述切换开关使得仿真动力学模型与真实单机的连接保持一致。数字单机、真实产品切换后,要对卫星仿真模型信号来源进行切换选择,动力学模型的远程控制端设计切换开关,使仿真动力学模型与真实单机的连接保持一致。
所述真实单机与数字单机的产品在仿真测试时可任意组合,最大程度保证产品可测,软件可以调试。比如在GNC系统交付整星后,所有单机产品已经交付,此时可以采用全部采用数字单机产品和电性能星载计算机进行仿真测试。
为了达到上述发明目的,本发明是通过以下技术方案实现的,包括如下步骤:
1、研制实时仿真数字单机。
对单机的电信号特性采用数学模型进行仿真,供卫星GNC系统星载计算机采集计算,单机产品数字单机嵌入卫星仿真动力学模型形成闭环系统,在接入真实单机产品进行仿真试验时,数字单机产品亦同步空载运行。
2、电缆网接口进行定义。
真实单机产品电信号接口形式统一为数字单机接口形式,对同一种信号类型的产品接口定义统一信号接点、接插件类型。为了保证切换数字单机与真实单机的安全性,电缆网将电信号功能与供电分开设计,一般切换操作电缆时仅需对信号电缆进行切换。
3、单机实时仿真-半物理仿真产品切换。
卫星GNC系统单机产品的成熟度不一样,研制进度有差异,交付给GNC系统的产品也依照交付时期进行接入系统仿真测试,数字单机-真实产品切换统一定义在单机接插件端进行操作。
4、数字单机-真实单机软件上的切换。
数字单机、真实产品切换后,要对卫星仿真模型信号来源进行切换选择,动力学模型的远程控制端设计切换开关,使动力学仿真模型与真实单机的连接保持一致。
5、卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统组成。
卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统具备实时仿真、半物理仿真系统的所有功能,相比较半物理仿真系统,增加数字单机模拟板卡及配套模型软件,动力学模型的远程控制端软件增加真实单机与数字单机的切换功能。
综上所述,本发明相较半物理仿真测试系统代价增加很少,仅需要新增少量数字单机接口模拟板卡即可,且电缆网更动很少,易于状态管理,节省场地;本发明的测试系统仅需要同一套仿真设备、同一套仿真测试软件即可以满足实时仿真系统、半物理仿真系统的全部功能,适用于卫星的各个研制阶段,从而达到提高仿真测试效率,降低研制成本的目的;本发明可以确保测试系统的实用性、降低测试系统的投入,提高测试系统的研制效率,缩短测试周期,降低卫星的仿真测试成本;本发明的卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统不局限于接入真实单机产品的数量、种类可以进行实时、部分实时、完整半物理仿真测试,使得对单机产品的依赖度降低,可以充分考核星载软件及星载计算机与单机产品的接口匹配性;本发明的测试系统中真实单机与数字单机的产品在仿真测试时可任意组合,最大程度保证产品可测,软件可以调试。
本领域技术人员知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以,本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件,而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构;也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

Claims (8)

1.一种卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统,其特征在于,包括:卫星GNC系统、动力学模型、动力学模型控制系统:
所述卫星GNC系统包括数字单机、仿真动力学模型,所述数字单机嵌入仿真动力学模型形成闭环系统,所述卫星GNC系统内的星载计算机对数字单机的电信号特性采集并计算;
所述动力学模型置于动力学机柜内,所述动力学机柜内设置有数字单机模拟板卡,所述数字单机模拟卡模拟单机的电接口特性;
所述卫星GNC系统与所述动力学模型通过电缆网连接,所述电缆网的信号接口为数字单机接口;所述动力学模块控制系统设有数字单机接口切换功能,所述动力学模块控制系统能够实现数字单机与真实单机的切换;
所述真实单机产品的电性能采用simulink进行建模,生成该单机产品的数字单机并具备真实单机产品的通信功能;
所述真实单机与所述数字单机具备相同的电缆接口,所述真实单机与所述数字单机统一为数字单机接口形式。
2.根据权利要求1所述的卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统,其特征在于,所述卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统不局限于接入真实单机产品的数量与种类。
3.根据权利要求2所述的卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统,其特征在于,所述卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统可进行实时、部分实时以及完整半物理仿真测试,所述实时仿真测试为全部数字单机参与闭环实验,所述部分实时仿真测试为部分真实单机参与闭环实验,所述完整半物理仿真测试是指全部真实单机参与闭环实验。
4.根据权利要求1所述的卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统,其特征在于,所述仿真动力学模型接入真实单机产品进行仿真试验时,数字单机产品同步空载运行。
5.根据权利要求1所述的卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统,其特征在于,所述数字单机接口对同一种信号类型的产品接口定义统一信号接点、接插件类型。
6.根据权利要求1所述的卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统,其特征在于,所述电缆网的电信号功能与供电相互独立。
7.根据权利要求1所述的卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统,其特征在于,所述动力学模型控制系统远程控制端设有切换开关,所述切换开关使得仿真动力学模型与真实单机的连接保持一致。
8.根据权利要求1所述的卫星GNC系统实时-半物理柔性化仿真测试系统,其特征在于,所述真实单机与数字单机的产品在仿真测试时可任意组合。
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