CN112052560A - 一种系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，在传统的星载计算机在环仿真系统基础上，增加建立了转发计算机，完成星载计算机下行数据解包以及上行数据组包，组成了基于星载计算机维护模式的闭环仿真系统；进行星载计算机维护接口的通信设计，在维护模式激励时采用转发计算机“主动发数”，进入维护模式后采用转发计算机“被动应答”机制，设计了维护模式数据通讯格式与内容，实现了星载计算机维护模式的激励与运行；提供了维护模式管理与切换方法，明确了星载计算机维护模式的进入与退出条件，对星载计算机在轨闭环控制模式进行了可靠保护。本发明可适应地面仿真验证系统，满足星载计算机仅维护口可用情况下的闭环仿真需求。
Description
技术领域
本发明属于飞行器GNC系统技术领域，尤其涉及一种系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法。
背景技术
随着地面仿真验证系统任务需求的变化，要求星载计算机具备维护模式，仅通过维护接口即能完成闭环仿真任务。而传统的飞行器星载计算机通常不具备维护接口，也无需考虑计算机维护模式以及基于维护模式的闭环仿真系统设计，故无法满足目前星载计算机的维护需求。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，设计了基于维护模式的闭环仿真系统，进行了星载计算机维护模式的管理与切换，实现了基于维护模式的系统级闭环任务仿真。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，包括：
建立基于星载计算机维护模式的闭环仿真系统；
确定星载计算机维护接口通讯模式及切换机制；
确定维护模式数据通讯格式与内容；
确定星载计算机维护模式管理与切换的条件；
基于建立的闭环仿真系统、结合确定的星载计算机维护接口通讯模式及切换机制、维护模式数据通讯格式与内容、以及星载计算机维护模式管理与切换的条件，进行星载计算机维护模式闭环仿真。
在上述系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法中，建立基于星载计算机维护模式的闭环仿真系统，包括：
将转发计算机与星载计算机维护口连通，转发计算机通过星载计算机维护口与星载计算机进行通讯，实现对星载计算机下行数据的解包及上行数据的组包；
基于转发计算机与星载计算机之间通讯，重新分配各单机的功能，构建得到基于星载计算机维护模式的闭环仿真系统。
在上述系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法中，重新的分配各单机的功能如下：
转发计算机，用于通过星载计算机维护口，获取星载计算机的下行数据；对下行数据进行解包，得到星载计算机喷气指令和星载计算机遥测数据；将星载计算机喷气指令发送给动力学模拟计算机，将星载计算机遥测数据发送给数据库；
数管模拟计算机，用于将上注数据发送至转发计算机；
动力学模拟计算机，用于对飞行器姿态和轨道进行解算，得到动力学数据，将动力学数据发送至转发计算机；以及接收转发计算机发送的星载计算机喷气指令，根据星载计算机喷气指令进行姿态和轨道控制，形成系统闭环仿真控；
转发计算机，还用于将上注数据和动力学数据组包后，通过星载计算机维护口发送给星载计算机。
在上述系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法中，星载计算机维护接口通讯模式及切换机制如下：
星载计算为“主机”，转发计算机为“从机”；
在维护模式激励时，转发计算机采用“主动发数”机制与星载计算机通信；
进入维护模式后，转发计算机采用“被动应答”机制与星载计算机通信。
在上述系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法中，维护模式数据通讯格式与内容如下：
转发计算机包含单机测量信息以及注数信息；
星载计算机包含喷气指令和遥测信息。
在上述系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法中，星载计算机维护模式管理与切换的条件，包括：
星载计算机维护模式进入判断条件；
星载计算机维护模式退出判断条件。
在上述系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法中，星载计算机维护模式进入判断条件如下：
注数允许进入计算机维护模式，且：连续15个控制周期，星载计算机与数管模拟计算机通信异常，且星载计算机维护口连续50个控制周期收到正常激励数据，则进入星载计算机维护模式；
或，
注数允许进入计算机维护模式，且：星载计算机与数管模拟计算机通信正常，维护模式指令允许，且星载计算机维护口连续50个控制周期收到正常激励数据，则进入星载计算机维护模式。
在上述系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法中，星载计算机维护模式退出判断条件如下：
任一单机通道使用维护口数据时，星载计算机维护口连续15个控制周期通信异常，则退出星载计算机维护模式；
或，
注数不允许进入维护模式时，退出星载计算机维护模式。
在上述系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法中，还包括：在确定星载计算机退出维护模式后，自主转入在轨控制模式，通过各测量接口采集对应模拟单机的测量信息，进行姿轨控解算，输出控制指令，动力学模拟计算机根据控制指令进行在轨姿态和轨道控制。
在上述系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法中，闭环仿真系统中至少包括如下单机：星载计算机、单机模拟计算机、程序加载计算机、数管模拟计算机、动力学模拟计算机和转发计算机。
本发明具有以下优点：
本发明公开了一种系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，设计了基于维护模式的闭环仿真系统，进行了星载计算机维护模式的管理与切换，实现了基于维护模式的系统级闭环任务仿真，通过星载计算机维护口即可完成闭环仿真的任务，可适应地面仿真验证系统，满足星载计算机仅维护口可用情况下的闭环仿真需求。
附图说明
图1是本发明实施例中一种基于星载计算机维护模式的闭环仿真系统的组成示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
在本实施例中，该系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，包括：
步骤101，建立基于星载计算机维护模式的闭环仿真系统。
本实施例所提出的基于星载计算机维护模式的闭环仿真系统的核心在于：在传统的星载计算机在环仿真系统基础上，增加转发计算机，将转发计算机与星载计算机维护口连通，使转发计算机通过星载计算机维护口与星载计算机进行通讯，实现对星载计算机下行数据的解包及上行数据的组包，并重新分配各单机的功能，进而构建得到本实施例所述的基于星载计算机维护模式的闭环仿真系统。其中，如图1，闭环仿真系统中至少可以包括如下单机中的一个或多个：星载计算机、单机模拟计算机、程序加载计算机、数管模拟计算机、动力学模拟计算机和转发计算机。
优选的，重新分配后的各单机的新功能包括但不仅限于：
转发计算机，用于通过星载计算机维护口，获取星载计算机的下行数据；对下行数据进行解包，得到星载计算机喷气指令和星载计算机遥测数据；将星载计算机喷气指令发送给动力学模拟计算机，将星载计算机遥测数据发送给数据库。
数管模拟计算机，用于将上注数据发送至转发计算机。
动力学模拟计算机，用于对飞行器姿态和轨道进行解算，得到动力学数据，将动力学数据发送至转发计算机；以及接收转发计算机发送的星载计算机喷气指令，根据星载计算机喷气指令进行姿态和轨道控制，形成系统闭环仿真控。
转发计算机，还用于将上注数据和动力学数据组包后，通过星载计算机维护口发送给星载计算机。
步骤102，确定星载计算机维护接口通讯模式及切换机制。
在本实施例中，采用星载计算机为主，转发计算机为从模式，转发计算机从“主动发送”到“被动应答”的通讯切换机制(星载计算为“主机”，转发计算机为“从机”；在维护模式激励时，转发计算机采用“主动发数”机制与星载计算机通信；进入维护模式后，转发计算机采用“被动应答”机制与星载计算机通信)，实现了星载计算机维护模式的激励。
优选的，下面以一个具体实例进行说明：
转发计算机向动力学模拟计算机发送动力学运行使能/禁止信号。
星载计算机上电默认状态为在轨闭环控制模式，在轨闭环控制模式下，转发计算机发送动力学运行使能信号。
通过设置转发计算机进入维护模式，转发计算机在星载计算机进入维护模式前发送动力学运行禁止信号，同时，按控制周期主动向星载计算机发送有效格式数据作为星载计算机维护接口的激励。
星载计算机收到维护口激励后，转发计算机向动力学发送运行使能信号，同时，维护口转为应答模式。
动力学模拟单机计算机在收到动力学运行使能信号后运行。
转发计算机接收到单机数据后对各单机数据按照顺序进行组包。
星载计算机进入维护模式后，维护口发送的数据内容为喷气指令以及遥测数据。
步骤103，确定维护模式数据通讯格式与内容，实现了星载计算机维护模式的运行。
在本实施例中，确定的新的维护模式数据通讯格式与内容如下：转发计算机包含单机测量信息以及注数信息；星载计算机包含喷气指令和遥测信息。
优选的，下面以一个具体实例进行说明：
转发计算机发送数据内容为：帧头(AA55h)、测量单机数据(包括地平仪、星敏、惯导、GNSS、磁强计)、上行注数数据、帧计数以及校验和。其中，地平仪的数据格式和内容为：地平仪数据有效标志、遇太阳标志、滚动姿态角、俯仰姿态角；星敏数据的数据格式和内容为：星敏状态字、星敏曝光时差、星敏四元数；惯导数据的数据格式和内容为：惯导数据有效标志、三轴角速度、三轴加速度；GNSS数据的数据格式和内容为：GNSS数据有效标志、北京时间、GPS模式J2000三轴位置速度、BD模式J2000三轴位置速度、GLOBD模式J2000三轴位置速度；磁强计数据的数据格式和内容为：磁强计数据有效标志、三轴磁场强度。
星载计算机维护口发送的数据内容为：帧头(AA55h)、数据有效状态、各路推力器脉宽、下行遥测数据、帧计数以及校验和。
步骤104，确定星载计算机维护模式管理与切换的条件。
在本实施例中，星载计算机维护模式管理与切换的条件的确定明确了星载计算机维护模式的进入与退出条件，对星载计算机在轨控制模式进行了可靠保护。其中，星载计算机维护模式管理与切换的条件主要包括：星载计算机维护模式进入判断条件和星载计算机维护模式退出判断条件。
优选的，星载计算机维护模式进入判断条件如下：
在注数允许进入计算机维护模式(默认不允许)时，进入维护模式的条件为下列两种情况之一：
a)连续15个控制周期，星载计算机与数管模拟计算机通信异常，且星载计算机维护口连续50个控制周期收到正常激励数据，则进入星载计算机维护模式。
b)星载计算机与数管模拟计算机通信正常，维护模式指令允许(默认不允许)，且星载计算机维护口连续50个控制周期收到正常激励数据，则进入星载计算机维护模式。
优选的，星载计算机维护模式退出判断条件为下列两种情况之一：
a)任一单机通道使用维护口数据时，星载计算机维护口连续15个控制周期通信异常，则退出星载计算机维护模式。
b)注数不允许进入维护模式时，退出星载计算机维护模式。
进一步的优选的，在确定星载计算机退出维护模式后，可自主转入在轨控制模式，通过各测量接口采集对应模拟单机的测量信息，进行姿轨控解算，输出控制指令，动力学模拟计算机根据控制指令进行在轨姿态和轨道控制。
步骤105，基于建立的闭环仿真系统、结合确定的星载计算机维护接口通讯模式及切换机制、维护模式数据通讯格式与内容、以及星载计算机维护模式管理与切换的条件，进行星载计算机维护模式闭环仿真。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，其特征在于，包括：
建立基于星载计算机维护模式的闭环仿真系统；
确定星载计算机维护接口通讯模式及切换机制；
确定维护模式数据通讯格式与内容；
确定星载计算机维护模式管理与切换的条件；
基于建立的闭环仿真系统、结合确定的星载计算机维护接口通讯模式及切换机制、维护模式数据通讯格式与内容、以及星载计算机维护模式管理与切换的条件，进行星载计算机维护模式闭环仿真。
2.根据权利要求1所述的系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，其特征在于，建立基于星载计算机维护模式的闭环仿真系统，包括：
将转发计算机与星载计算机维护口连通，转发计算机通过星载计算机维护口与星载计算机进行通讯，实现对星载计算机下行数据的解包及上行数据的组包；
基于转发计算机与星载计算机之间通讯，重新分配各单机的功能，构建得到基于星载计算机维护模式的闭环仿真系统。
3.根据权利要求2所述的系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，其特征在于，重新的分配各单机的功能如下：
转发计算机，用于通过星载计算机维护口，获取星载计算机的下行数据；对下行数据进行解包，得到星载计算机喷气指令和星载计算机遥测数据；将星载计算机喷气指令发送给动力学模拟计算机，将星载计算机遥测数据发送给数据库；
数管模拟计算机，用于将上注数据发送至转发计算机；
动力学模拟计算机，用于对飞行器姿态和轨道进行解算，得到动力学数据，将动力学数据发送至转发计算机；以及接收转发计算机发送的星载计算机喷气指令，根据星载计算机喷气指令进行姿态和轨道控制，形成系统闭环仿真控；
转发计算机，还用于将上注数据和动力学数据组包后，通过星载计算机维护口发送给星载计算机。
4.根据权利要求1所述的系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，其特征在于，星载计算机维护接口通讯模式及切换机制如下：
星载计算为“主机”，转发计算机为“从机”；
在维护模式激励时，转发计算机采用“主动发数”机制与星载计算机通信；
进入维护模式后，转发计算机采用“被动应答”机制与星载计算机通信。
5.根据权利要求1所述的系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，其特征在于，维护模式数据通讯格式与内容如下：
转发计算机包含单机测量信息以及注数信息；
星载计算机包含喷气指令和遥测信息。
6.根据权利要求1所述的系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，其特征在于，星载计算机维护模式管理与切换的条件，包括：
星载计算机维护模式进入判断条件；
星载计算机维护模式退出判断条件。
7.根据权利要求6所述的系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，其特征在于，星载计算机维护模式进入判断条件如下：
注数允许进入计算机维护模式，且：连续15个控制周期，星载计算机与数管模拟计算机通信异常，且星载计算机维护口连续50个控制周期收到正常激励数据，则进入星载计算机维护模式；
或，
注数允许进入计算机维护模式，且：星载计算机与数管模拟计算机通信正常，维护模式指令允许，且星载计算机维护口连续50个控制周期收到正常激励数据，则进入星载计算机维护模式。
8.根据权利要求7所述的系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，其特征在于，星载计算机维护模式退出判断条件如下：
任一单机通道使用维护口数据时，星载计算机维护口连续15个控制周期通信异常，则退出星载计算机维护模式；
或，
注数不允许进入维护模式时，退出星载计算机维护模式。
9.根据权利要求8所述的系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，其特征在于，还包括：在确定星载计算机退出维护模式后，自主转入在轨控制模式，通过各测量接口采集对应模拟单机的测量信息，进行姿轨控解算，输出控制指令，动力学模拟计算机根据控制指令进行在轨姿态和轨道控制。
10.根据权利要求1所述的系统级星载计算机维护模式闭环仿真设计方法，其特征在于，闭环仿真系统中至少包括如下单机：星载计算机、单机模拟计算机、程序加载计算机、数管模拟计算机、动力学模拟计算机和转发计算机。
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