CN111310363B - 一种基于离线数据的快速轨道仿真系统和方法 - Google Patents

一种基于离线数据的快速轨道仿真系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于离线数据的快速轨道仿真系统和方法，其包含：利用在轨实测或者试验仿真的结果数据，根据轨道控制要求，对轨控过程进行1：1的半物理仿真模拟测试，对于稳定阶段等轨控过渡过程，采用超实时快速仿真的方法。通过对轨控过程的阶段划分，将半物理仿真测试资源集中在轨控阶段，将超实时仿真集中在轨控等待阶段，这样既保证了测试的连续性，又能提高长周期的轨道仿真测试效率。

Description

一种基于离线数据的快速轨道仿真系统和方法
技术领域
本发明涉及卫星轨道仿真测试技术，特别涉及一种基于离线数据的快速轨道仿真系统和方法。
背景技术
航天器轨道半物理仿真方法是通过采集推进机构工作状态，将采集结果带入并实时计算航天器的轨道信息。随着航天器功能、要求的逐步提高，多星编队的轨道控制愈加复杂，完成一次完整轨道控制周期较长，可能持续5～15天的时间，而半物理仿真测试验证试验一般持续时间应保持在8小时内。因此长周期的轨道控制给半物理仿真测试验证试验工作带来困难，造成测试效率低下，仿真成本增高。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于离线数据的快速轨道仿真系统和方法，能够在保证轨道仿真验证精度的条件下，利用超实时仿真离线数据，极大提高半物理系统中轨道仿真验证的测试效率。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于离线数据的快速轨道仿真系统，其特点是，包括：超实时仿真子系统和半物理仿真子系统；
其中所述的策略生成模块使用快速大步长仿真的超时实仿真方式，根据初始轨道信息和目标轨道信息，预先确定面内、面外、面内外联合的轨控方式、控制组数及控制顺序，要求最后一组为精控，保证轨控精度指标，其它组数为粗控，无指标要求；所述的高精度轨道仿真模块使用变步长、高阶次的仿真模型对策略生成模块确定不同控制阶段进行仿真，以获得各阶段精确的轨道位置、速度参数，并进一步在该轨道位置上获得理论上的编队构形参数变化情况，作为半物理仿真子系统的控制结果参考值；仿真数据生成存储模块是对超时实仿真子系统生成的过程、结果数据根据设置进行坐标系转换、数据格式转换，并存储；
其中所述的超实时仿真子系统包括：策略生成模块、高精度轨道仿真模块、仿真数据生成存储模块；
所述的半物理仿真子系统包括：姿轨控计算机、推进模块、力矩转换模块、动力学仿真模块和轨道测量机构，其中所述姿轨控计算机完成轨道控制指令的发送；所述推进模块接收姿轨控计算机的指令并执行；所述力矩转换模块采集推进模块的执行情况并根据卫星参数转换为力矩数据；所述动力学仿真模块将所有力矩数据作用在仿真模型上模拟卫星轨道实时变化情况；所述轨道测量机构根据动力学仿真模块提供的轨道激励源生成轨道测量数据，并将测量结果发送至姿轨控计算机，完成闭环控制。
一种采用上述的基于离线数据的快速轨道仿真系统的仿真方法，其特点是，所述的方法包括如下步骤：
S1、设置超实时仿真子系统和半物理仿真子系统参数；
S2、根据离线测试数据，向超实时仿真子系统入注入策略机制，策略生成模块根据策略机制生成初始轨道参数和控制策略；
S3、根据控制策略，对整个轨控过程进行划分成轨控阶段和轨控等待阶段；
S4、半物理仿真闭环子系统对轨控阶段进行实时进行仿真测试；
S5、选取半物理仿真测试稳定阶段的轨道数据作为超实时仿真子系统的初始条件，然后进行超实时仿真，并将超实时仿真的结果作为半物理实时仿真的输入条件存储在数据库中；
S6、对超实时仿真结果、半物理仿真结果、控制目标要求进行误差分析。
所述的步骤S6还包括：若需要误差修正，则重复步骤S2～S5，直至测试结果与理论值之间的误差在设计要求范围内。本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明对轨道控制过程中推进系统工作阶段进行集中半物理仿真测试，而轨道控制稳定阶段则结合超实时仿真完成，这样既保证了轨控过程测试的可靠性，又可以极大缩短长周期轨道控制的半物理仿真测试时间，从而提高仿真测试效率。
附图说明
图1为本发明一种基于离线数据的快速轨道仿真系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种基于离线数据的快速轨道仿真系统，包括：超实时仿真子系统和半物理仿真子系统；其中所述的超实时仿真子系统包括：策略生成模块、高精度轨道仿真模块、仿真数据生成存储模块；
其中策略生成模块使用快速大步长仿真的超时实仿真方式，根据初始轨道信息和目标轨道信息，预先确定面内、面外、面内外联合的轨控方式、控制组数(控制量的大小)及控制顺序，要求最后一组为精控，保证轨控精度指标(控制量小)，其它组数为粗控(控制量大)，无指标要求；高精度轨道仿真模块使用变步长、高阶次的仿真模型对策略生成模块确定不同控制阶段进行仿真，以获得各阶段精确的轨道位置、速度参数，并进一步在该轨道位置上获得理论上的编队构形参数变化情况等，作为半物理仿真子系统的控制结果参考值；仿真数据生成和存储模块是对超时实仿真子系统生成的过程、结果数据根据设置进行坐标系转换、数据格式转换等，并存储在服务器上。
所述的半物理仿真子系统包括：姿轨控计算机、推进模块、力矩转换模块、动力学仿真模块和轨道测量机构，其中所述姿轨控计算机完成轨道控制指令的发送；所述推进模块接收姿轨控计算机的指令并执行；所述力矩转换模块采集推进模块的执行情况并根据卫星参数转换为力矩数据；所述动力学仿真模块将所有力矩数据作用在仿真模型上模拟卫星轨道实时变化情况；所述轨道测量机构根据动力学仿真模块提供的轨道激励源生成轨道测量数据，并将测量结果发送至姿轨控计算机，完成闭环控制。
一种采用上述的基于离线数据的快速轨道仿真系统的仿真方法，所述的方法包括如下步骤：
S1、设置超实时仿真子系统和半物理仿真子系统参数；
S2、根据离线测试数据，向超实时仿真子系统入注入策略机制，策略生成模块根据策略机制生成初始轨道参数和控制策略；
S3、根据控制策略，对整个轨控过程进行划分成轨控阶段和轨控等待阶段；
S4、半物理仿真闭环子系统对轨控阶段进行实时进行仿真测试；
S5、选取半物理仿真测试稳定阶段的轨道数据作为超实时仿真子系统的初始条件，然后进行超实时仿真，并将超实时仿真的结果作为半物理实时仿真的输入条件存储在数据库中；
S6、对超实时仿真结果、半物理仿真结果、控制目标要求进行误差分析。
所述的步骤S6还包括：若需要误差修正，则重复步骤S2～S5，直至测试结果与理论值之间的误差在设计要求范围内。
综上所述，本发明一种基于离线数据的快速轨道仿真系统和方法，能够缩短长周期轨道控制测试的仿真时间，提高系统的测试效率。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种基于离线数据的快速轨道仿真系统，其特征在于，包括：超实时仿真子系统和半物理仿真子系统；
其中所述的超实时仿真子系统包括：策略生成模块、高精度轨道仿真模块、仿真数据生成存储模块；
其中所述的策略生成模块使用快速大步长仿真的超实时仿真方式，根据初始轨道信息和目标轨道信息，预先确定面内、面外、面内外联合的轨控方式、控制组数及控制顺序，要
求最后一组为精控，保证轨控精度指标，其它组数为粗控，无指标要求；所述的高精度轨道仿真模块使用变步长、高阶次的仿真模型对策略生成模块确定不同控制阶段进行仿真，以获得各阶段精确的轨道位置、速度参数，并进一步在该轨道位置上获得理论上的编队构形参数变化情况，作为半物理仿真子系统的控制结果参考值；仿真数据生成存储模块是对超实时仿真子系统生成的过程、结果数据根据设置进行坐标系转换、数据格式转换，并存储；
所述的半物理仿真子系统包括：姿轨控计算机、推进模块、力矩转换模块、动力学仿真模块和轨道测量机构，其中所述姿轨控计算机完成轨道控制指令的发送；所述推进模块接收姿轨控计算机的指令并执行；所述力矩转换模块采集推进模块的执行情况并根据卫星参数转换为力矩数据；所述动力学仿真模块将所有力矩数据作用在仿真模型上模拟卫星轨道实时变化情况；所述轨道测量机构根据动力学仿真模块提供的轨道激励源生成轨道测量数据，并将测量结果发送至姿轨控计算机，完成闭环控制。
2.一种采用如权利要求1所述的基于离线数据的快速轨道仿真系统的仿真方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
S1、设置超实时仿真子系统和半物理仿真子系统参数；
S2、根据离线测试数据，向超实时仿真子系统入注入策略机制，策略生成模块根据策略机制生成初始轨道参数和控制策略；
S3、根据控制策略，对整个轨控过程进行划分成轨控阶段和轨控等待阶段；
S4、半物理仿真闭环子系统对轨控阶段进行实时进行仿真测试；
S5、选取半物理仿真测试稳定阶段的轨道数据作为超实时仿真子系统的初始条件，然后进行超实时仿真，并将超实时仿真的结果作为半物理实时仿真的输入条件存储在数据库中；
S6、对超实时仿真结果、半物理仿真结果、控制目标要求进行误差分析。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤S6还包括：若需要误差修正，则重复步骤S2～S5，直至测试结果与理论值之间的误差在设计要求范围内。
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