CN113900388B - 一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台及方法，包括：环境模拟单元构建模块，采用数字的方法仿真模拟地面难以实际运行或不需要实际运行的航天器组件的功能，形成环境模拟单元；物理仿真试验组件接口单元构建模块，接收外部输入的物理仿真试验组件接口属性，采用数字的方法模拟物理仿真试验组件通信接口和数据转换接口，形成物理仿真试验组件接口单元；项目工程模拟单元构建模块，以试验任务为单位，创建航天器姿控物理仿真试验工程，包含星上控制仿真工程和地面主控管理工程，该航天器姿控物理仿真试验工程经过编译，生成星上控制可执行程序和地面主控管理可执行程序存储至数据库中。该系统工程实施简单，推广应用前景良好。

Description

一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台及方法

技术领域

本发明一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台及方法，属于航天器姿态控制领域。

背景技术

在开展航天器姿态控制物理仿真试验过程中，由于型号任务来源及验证内容的不同，常伴随着大量的定制化开发工作，花费大量的人力物力，再加上试验开发人员的不同，使得物理仿真试验系统复用性和可靠性较差，同时随着近年任务量的急剧加大，对物理仿真试验系统的快速精确开发提出了迫切的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台及方法，以满足航天器姿控物理仿真试验系统的精准快捷高可靠设计开发，该方法工程可行，适用范围广。

本发明的技术方案为：一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台，该快建平台包括主框架单元、环境模拟单元构建模块、物理仿真试验组件模拟单元构建模块、项目工程单元构建模块、数据库；

环境模拟单元构建模块，采用数字的方法仿真模拟地面难以实际运行或不需要实际运行的航天器组件的功能，形成环境模拟单元，并将环境模拟单元存储至数据库中；

物理仿真试验组件接口单元构建模块，接收外部输入的物理仿真试验组件接口属性，采用数字的方法模拟物理仿真试验组件通信接口和数据转换接口，形成物理仿真试验组件接口单元，并存储至数据库中；所述数据转换接口将通信接口输入和输出的数据转换成统一的规范格式；

项目工程模拟单元构建模块，以试验任务为单位，创建航天器姿控物理仿真试验工程，包含星上控制仿真工程和地面主控管理工程，该航天器姿控物理仿真试验工程经过编译，生成星上控制可执行程序和地面主控管理可执行程序存储至数据库中；星上控制可执行程序加载至星上计算机中自主运行；地面主控管理可执行程序，加载至地面主控站中运行，运行过程中产生的实验数据存储至数据库；

主框架单元，为环境模拟单元构建模块、物理仿真试验组件接口单元构建模块、项目工程模拟单元构建模块提供通用的软件操作界面、工具和编译运行环境。

上述航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台还包括辅助单元，辅助单元包括数据观测单元、三维显示单元和报表单元；

数据观测单元，通过文本和曲线来显示试验数据；

三维显示单元，采用实时试验数据，驱动三维模型，通过数字的形式展示出当前试验状态；

报表单元，用于将试验数据，采用文档的形式输出。

优选地，所述辅助单元采用分布式的方式运行。

优选地，所述星上控制仿真工程创建星上控制可执行程序的具体过程为：

S2-1、根据待仿真的航天器姿控控制算法从数据库中添加环境模拟单元、物理仿真试验组件单元；

S2-2、按照预设的接口函数标准实例化各环境模拟单元、物理仿真试验组件接口单元，生成各环境模拟单元源文件和物理仿真试验组件接口单元源文件；

S2-3、按照航天器星上控制时序，用定时器调用各环境模拟单元源文件、物理仿真试验组件接口单元源文件和被测姿控算法源文件；

S2-4、配置物理仿真试验需要的遥控指令和遥测数据配置项，生成xml配置文件；

S2-5、将步骤S2-3生成各环境模拟单元源文件、物理仿真试验组件接口单元源文件和被测姿控算法源文件和步骤2-4生成的xml配置文件，生成星上控制预编译文件；

S2-6、通过CMake工具对预编译文件进行编译链接，生成星上控制可执行程序。

优选地，所述地面主控管理工程创建地面主控管理可执行程序的具体过程为：

S3-1、使用地面主控管理工程，通过交互操作界面，从数据库中添加被测物理仿真试验涉及到的环境模拟单元、物理仿真试验组件单元；

S3-2、按照预设的接口规范实例化各环境模拟单元、物理仿真试验组件接口单元，生成各环境模拟单元源文件和物理仿真试验组件接口单元源文件；

S3-3、配置物理仿真试验需要的遥控指令和遥测数据配置项，生成xml配置文件；

S3-4、将步骤S3-2生成各环境模拟单元源文件、物理仿真试验组件接口单元源文件和步骤3-3生成的xml配置文件，生成地面控制预编译文件；

S3-5、通过CMake工具对预编译文件进行编译链接，生成地面主控管理可执行程序。

所述S3-3还配置辅助函数，用于将用户关心的数据输出至辅助单元。

所述预设的接口规范中规定了环境模拟单元、物理仿真试验组件接口单元的输入参数结构、输出参数结构，以及初始化函数、控制律计算函数、遥测函数、遥控注入函数的名称、参数个数和参数类型、返回值类型。

本发明的另一个技术方案是：一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建方法，该方法包括如下步骤：

S1、建立规范的环境模拟单元和物理仿真试验组件接口单元，所述环境模拟单元采用数字的方法仿真模拟地面难以实际运行或不需要实际运行的航天器组件的功能；所述物理仿真试验组件接口单元采用数字的方法模拟物理仿真试验组件通信接口、物理仿真试验组件与待仿真航天器姿态控制算法之间的数据转换接口；

S2、采用工程管理模式，创建物理仿真试验项目工程单元库，制定统一的接口规范，所述接口规范包括环境模拟单元、物理仿真试验组件接口单元的输入参数结构、输出参数结构，以及初始化函数、控制律计算函数、遥测函数、遥控注入函数的名称、参数个数和参数类型、返回值类型；根据物理仿真试验任务硬件条件，实例化星上涉及到的环境模拟单元源文件和物理仿真试验组件接口单元，嵌入被测姿控算法源文件，快速生成星上控制程序；实例化地面涉及到的环境模拟单元源文件和物理仿真试验组件接口单元，快速生成地面控制程序；所述星上控制可执行程序加载至星上计算机中自主运行；地面主控管理可执行程序，加载至地面主控站中运行，运行过程中产生的实验数据存储至数据库；

S3、创建分布式运行辅助单元，包括数据观测单元、三维显示单元和报表单元，用于通过网络获取数据库中的实时试验数据，进行实时显示、状态观测并生成报告输出。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明通过创建系统组件单元库和环境模拟单元库，打通软硬件接口，规范输入输出信息，建立物理仿真工程模板，生成分布式运行的仿真控制软件，驱动整个物理仿真硬件平台完成物理仿真试验任务。

(2)、本发明物理仿真试验组件接口单元采用数字的方法模拟物理仿真试验组件通信接口、物理仿真试验组件与待仿真航天器姿态控制算法之间的数据转换接口，打通了试验软硬件接口。

(3)、本发明一次编译同时生成了星上软件和地面控制软件，效率高，不容易出错。

附图说明

图1为本发明实施例基于本发明所提出的方法的物理仿真平台示意图；

图2为本发明实施例系统组件单元库相关类图；

图3为本发明实施例环境模拟单元类库；

图4为本发明实施例项目操作类库；

图5为本发明实施例一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

航天器姿控物理仿真试验系统一般包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括了物理仿真实验组件和地面测试设备，物理仿真试验组件主要包括气浮台、安装在气浮台上的星上产品、气浮台工艺设备，而软件部分则包括星上控制仿真软件、地面主控管理软件、数据观测软件、三维显示软件和报表软件等。星上控制仿真工程生成的软件是模拟星上软件，试验期间是自主运行；地面主控管理工程是模拟地面站，主要用于星上数据的遥测、监视、遥控指令或遥控参数的注入等功能。

如图1所示，本发明提供了一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台，该平台具备物理仿真试验系统全流程管理功能，包括数据库管理、组件管理、工程管理、通信管理、日志管理等。该平台包括主框架单元、环境模拟单元构建模块、物理仿真试验组件模拟单元构建模块、项目工程单元构建模块、数据库、辅助单元，辅助单元包括数据观测单元、三维显示单元和报表单元。

环境模拟单元构建模块，接收外部输入的环境模拟单元物理属性，采用数字的方法仿真模拟地面难以实际运行或不需要实际运行的航天器组件的功能，形成环境模拟单元，并将环境模拟单元存储至数据库中。本发明某一具体实施例中，所述地面难以实际运行或不需要实际运行的航天器组件包括星敏模拟单元、挠性结构振动模拟单元、运动载荷模拟单元；环境模拟单元的物理属性，对于星敏模拟单元而言，物理属性包括数据更新率、延时、长周期和短周期误差特性、噪声等；对于挠性结构振动模拟单元而言，物理属性包括质量特性、几何特征、模态频率、振型和阻尼等；对于运动载荷模拟单元而言，物理属性包括运动体的质量特性及其运动规律。

物理仿真试验组件接口单元构建模块，接收外部输入的物理仿真试验组件接口属性，采用数字的方法模拟物理仿真试验组件通信接口和数据转换接口，形成物理仿真试验组件接口单元，并存储至数据库中。本发明某一具体实施例中，所述物理仿真试验组件包括星上产品、气浮台工艺设备以及根据试验需要配置的地面测试设备，所述星上产品包括动量轮、控制力矩陀螺CMG、帆板驱动机构、陀螺、光学敏感器、相机扫描机构等；所述气浮台工艺设备包括气浮平台、喷气装置、调平衡机构、测角装置等；所述地面测试设备包括室内GPS、激光跟踪仪、自准直仪、摄影测量系统等。所述数据转换接口用于将通信接口输入和输出的数据转换成统一的规范格式。

项目工程模拟单元构建模块，以试验任务为单位，创建航天器姿控物理仿真试验工程，包含星上控制仿真工程和地面主控管理工程，该航天器姿控物理仿真试验工程经过编译，生成星上控制可执行程序和地面主控管理可执行程序存储至数据库中；星上控制可执行程序加载至星上计算机中自主运行；地面主控管理可执行程序，加载至地面主控站中运行，运行过程中产生的实验数据存储至数据库。

主框架单元，为环境模拟单元构建模块、物理仿真试验组件接口单元构建模块、项目工程模拟单元构建模块提供通用的软件操作界面、工具和编译运行环境。主框架单元接收外部输入的操作指令执行相应的软件操作，所述操作指令包括新建、打开、编辑、保存。主框架单元是整个软件的基本架构和基本界面，负责协调管理各个模块之间的数据交互。

数据观测单元，通过文本和曲线来显示试验数据；

三维显示单元，采用实时试验数据，驱动三维模型，通过数字的形式展示出当前试验状态；例如，平行系统、数字孪生系统等；

报表单元，用于将试验数据，采用文档的形式输出。

所述星上控制仿真工程，用于创建星上控制可执行程序，星上控制可执行程序加载至星上计算机中运行；其创建过程为：

S2-1、根据待仿真的航天器姿控控制算法从数据库中添加环境模拟单元、物理仿真试验组件单元；

S2-2、按照预设的接口函数标准实例化各环境模拟单元、物理仿真试验组件接口单元，生成各环境模拟单元源文件和物理仿真试验组件接口单元源文件；

S2-3、按照航天器星上控制时序，用定时器调用各环境模拟单元源文件、物理仿真试验组件接口单元源文件和被测姿控算法源文件；

S2-4、配置物理仿真试验需要的遥控指令和遥测数据配置项，生成xml配置文件；

S2-5、将步骤S2-3生成各环境模拟单元源文件、物理仿真试验组件接口单元源文件和被测姿控算法源文件和步骤2-4生成的xml配置文件，生成星上控制预编译文件；

S2-6、通过CMake工具对预编译文件进行编译链接，生成星上控制可执行程序。

所述地面主控管理工程，用于创建地面主控管理可执行程序，地面主控管理可执行程序加载至地面主控站中运行，运行过程中产生的数据存储至数据库并通过数据观测单元、三维显示单元和报表单元显示或者生成报告；地面主控管理工程创建过程为：

S3-1、使用地面主控管理工程，通过交互操作界面，从数据库中添加被测物理仿真试验涉及到的环境模拟单元、物理仿真试验组件单元；

S3-2、按照预设的接口规范实例化各环境模拟单元、物理仿真试验组件接口单元，生成各环境模拟单元源文件和物理仿真试验组件接口单元源文件；

S3-3、配置物理仿真试验需要的遥控指令和遥测数据配置项，生成xml配置文件；

S3-4、将步骤S3-2生成各环境模拟单元源文件、物理仿真试验组件接口单元源文件和步骤3-3生成的xml配置文件，生成地面控制预编译文件；

S3-5、通过CMake工具对预编译文件进行编译链接，生成地面主控管理可执行程序。

如图2所示，所述环境模拟单元构建模块采用CSimulation操作类实现。CSimulation操作类如下：

其中，dbOperator：数据库操作类；Add()：添加环境模拟单元，保存到数据库中；Update()：修改环境模拟单元信息，更新数据库中；Delete()：从数据库中删除环境模拟单元信息。

添加环境模拟单元之后，为环境模拟单元定义虚接口，通过虚接口调用环境模拟单元的数学模型，所述环境模拟单元的数学模型通过C/C++来实现，生成对应的.dll文件。

如图3所示，所述物理仿真试验组件接口单元构建模块采用CComponent操作类实现，具体为：

由CComponent操作类的属性提供组件的添加、修改、删除、程序生成、组件列表查询、组件指令列表查询功能；

由组件信息类ComponentInfo定义组件名称、类型、通信协议、通信指令；

通信指令类CommandInfo定义指令名称、指令内容、指令参数；

通信协议基类ProtocolInfo定义协议类型、协议参数；

接收数据解析类ReceiveInfo定义对接收数据的解析协议，包括数据的帧头、帧尾、帧长、校验位、数据名称、数据起始位、数据位长信息。

外部输入的物理仿真试验组件接口属性包括上述组件信息类、通信指令类、通信协议基类、接收数据解析类的内容，航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台中包括可配置参数的各种常用的标准接口，例如：串口、1553B接口、网口等。

如图4所示，所述项目工程模拟单元构建模块使用CProject类完成创建项目工程基本框架，将项目工程信息保存到数据库中，所述项目工程信息包括工程创建时间、名称、试验人员等。

Add：将项目工程信息保存到数据库中；

Update：修改项目工程信息后，将修改的信息保存到数据库，包括基本信息、系统组件、环境模拟单元、控制算法、流程图等信息；

GetById：从数据库中获取指定的项目工程信息，显示到界面中；

GetList：从数据库中获取所有项目工程信息，显示到项目工程树列表中；

CreateProgram：根据指定的项目工程信息，生成控制程序，包括遥控指令程序(可注入参数)、关键数据监控程序、星上仿真控制程序。

所述预设的接口规范中规定了环境模拟单元、物理仿真试验组件接口单元的输入参数结构、输出参数结构，以及初始化函数、控制律计算函数、遥测函数、遥控注入函数的名称、参数个数和参数类型、返回值类型。

在本发明某一具体实施例中，上述预设的接口规范中各个元素规定如下：

a、输入参数结构包括：

输入为1个参数的函数指针为：typedef BOOL(*pFunc1)(void*)；

输入为2个参数的函数指针为：typedef BOOL(*pFunc2)(void*,void*)；

输入为3个参数的函数指针为：typedef BOOL(*pFunc3)(void*,void*,void*)；

输入为4个参数的函数指针为：typedef BOOL(*pFunc4)(void*,void*,void*,void*)；

依次类推，通过定义函数指针可以输入不同数量的参数，用N个参数表达，N大于等于1。

b、输出参数结构包括Json串，来自描述数据结构。如下所示：

-["0.1","1.5","2.9"]

{"analog":"0.1","status":"on"}

使用Json串表示列表list，映射map等输出数据。

c、初始化函数，virtual BOOL InitObject()；

使用初始化函数InitObject来完成对象的初始化。

d、控制律计算函数，virtual BOOL ControlLawCalc()；

e、遥测函数，用于获取控制算法部分的中间变量并将其地面显示，包括

f、遥测接收函数：virtual BOOL RecvTelemetry(const variant_t&var)；

g、遥测显示函数：virtual BOOL ShowTelemetry()；

h、遥控注入函数，地面发送注入指令后调用，控制部分根据变量页码，屏蔽字确定对控制算法中相关变量进行修改，包括：

i、遥控接收函数：virtual BOOL RecvTeleControl(const variant_t&var)；

j、遥控显示函数：virtual BOOL ShowTeleControl()；

k、辅助函数，由各算法对应功能函数组成，用于将用户关心的数据输出至辅助单元。如获取遥测变量名称：

wchar_*Aocs.GetTmName(int i)

物理仿真系统根据需要调用。

所述辅助单元采用分布式的方式运行，分别运行在不同的计算机上，或者运行在同一个计算机的不同任务中。

所述数据观测单元对应的辅助函数包括数据解码函数、保存数据函数、数据显示函数。数据观测单元完成数据解码、保存数据和数据显示。物理仿真控制管理软件(精准快建平台)中设置需要显示和观测的数据，系统运行后，开始接收数据包，按协议解析数据并存储到数据库中；数据观测单元根据配置的显示数据名称，在数据库中读取相应的数据，已对应的数据格式，显示在相应的区域，以供观测。在试验过程中可以通过更改显示配置，更改观测的数据。

数据解码函数为：BOOL DecodeData(const variant_t&var)；

保存数据函数为：BOOL SaveData(const variant_t&var)；

数据显示函数为：BOOL DispData(const variant_t&var)；

三维显示单元对应的辅助函数包括三维模型加载函数、三维姿态计算函数、三维数据显示函数。

三维显示单元完成三维模型加载、三维姿态计算和三维数据显示。

加载三维模型，创建空间三维对象，接收三维空间数据进行姿态计算，在三维显示控件中显示三维信息。

三维模型加载函数为：BOOL Load3DimModel(const char*file)；

三维姿态计算函数为：BOOL Calc3DAttitude(int x,int y,int z)；

三维数据显示函数为：BOOL Disp3Dim()；

报表单元对应的辅助函数包括报表模板加载函数、报表模板数据加载函数、报表模板生成函数；

报表单元以数据表、曲线图的形式对系统运行过程中产生的事件数据进行可视化显示。

报表单元预定义报表模板文件，将数据加载到报表模板中，生成数据报表和曲线图表。

报表模板加载函数为：BOOL LoadRptTemplate(const char*file)；

报表模板数据加载函数为：BOOL LoadRptData(const variant_t&data)；

报表模板生成函数为：BOOL CreateRpt()。

如图5所示，基于上述系统，本发明同时提供了一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建方法，具体步骤如下：

(1)一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建方法，首先是建立规范的系统组件单元库和环境模拟单元(星敏模拟单元、太阳帆板振动模拟单元、天线振动模拟单元、运动载荷模拟单元等)，打通物理仿真试验常用设备(气浮台、喷气系统、调平衡机构、测角装置、自准直仪等)和星上产品(陀螺、动量轮、CMG、SADA等)的软硬件通信接口，并生成各单元独立操控控件，便于单机调试；其次采用工程管理模式，创建物理仿真试验项目工程单元库，制定了与控制算法之间的规范的接口函数，包括输入输出参数结构、初始化函数、控制律计算函数、遥测函数、遥控及注入函数、辅助函数等，根据物理仿真试验任务硬件条件，通过调用系统组件单元库和环境模拟单元库组件，嵌入标准接口函数的控制算法，快速生成星上控制程序和地面主控程序；再次创建分布式运行辅助单元，包括数据观测单元、三维显示单元和报表单元，通过网络获取实时试验数据，进行显示、观测并生成报告输出。

该方法的具体流程如下：

1、建立规范的环境模拟单元和物理仿真试验组件接口单元，所述环境模拟单元采用数字的方法仿真模拟地面难以实际运行或不需要实际运行的航天器组件的功能；所述物理仿真试验组件接口单元采用数字的方法模拟物理仿真试验组件通信接口、物理仿真试验组件与待仿真航天器姿态控制算法之间的数据转换接口，打通试验软硬件接口，并针对单独设备生成操控控件，满足单独调试的需求。

Step1：创建系统组件单元库。航天器姿控物理仿真试验采用的设备主要是气浮台(配以喷气系统、调平衡机构、测角装置)、地面外测设备(如自准直仪、激光测振仪等)、星上产品(如陀螺、动量轮、CMG、SADA等)等，系统组件单元库的所有功能都通过CComponent操作类实现，该操作类及相关的辅助类设计如下所示：

CComponent：组件操作类，提供组件的添加、修改、删除、程序生成、组件列表查询、组件指令列表查询等方法

ComponentInfo：组件信息类，包括组件名称、类型、通信协议、通信指令等信息

CommandInfo：通信指令类，包括指令名称、指令内容、指令参数等信息

ProtocolInfo：通信协议基类，包括协议类型、协议参数等信息，所有通信协议类都由此类派生，派生类的参数和具体的硬件通信协议有关。

ReceiveInfo：接收数据解析类，主要定义了对接收数据的解析协议，包括数据的帧头、帧尾、帧长、校验位、数据名称、数据起始位、数据位长等信息。

通过上述开发，完成对各硬件部分的模型化，并生成对应的操控控件，实现单设备的独立调试控件。

Step2：建立环境模拟单元库。环境模拟单元是解决物理仿真中无法用实物参与或不需要实物参与而需要通过数学模型来实现其运行状态的模拟单元，主要包括星敏模拟单元、太阳帆板振动模拟单元、天线振动模拟单元、运动载荷模拟单元等，都通过CCimulation操作类实现，类图设计如下所示：

dbOperator：数据库操作类

Add()：添加环境模拟单元，保存到数据库中

Update()：修改环境模拟单元信息，更新数据库中

Delete()：从数据库中删除环境模拟单元信息

通过建立标准的单元库，可以有效的提高试验系统开发的效率，并通过复用能够验证各组成硬件的精确性和可靠性，同时可以后续新设备的增加不断完善和强大标准单元库，进一步节约开发时间，提高效率。

2、采用工程管理模式，创建物理仿真试验项目工程单元库，制定统一的接口规范，所述接口规范包括环境模拟单元、物理仿真试验组件接口单元的输入参数结构、输出参数结构，以及初始化函数、控制律计算函数、遥测函数、遥控注入函数的名称、参数个数和参数类型、返回值类型；根据物理仿真试验任务硬件条件，实例化星上涉及到的环境模拟单元源文件和物理仿真试验组件接口单元，嵌入被测姿控算法源文件，快速生成星上控制程序；实例化地面涉及到的环境模拟单元源文件和物理仿真试验组件接口单元，快速生成地面控制程序；所述星上控制可执行程序加载至星上计算机中自主运行；地面主控管理可执行程序，加载至地面主控站中运行，运行过程中产生的实验数据存储至数据库；项目工程单元库是以试验任务为单位建立的工程库，每一项工程即是一套完整的物理仿真试验。

Step1：定义控制算法标准接口函数。

①输入参数结构

②输出参数结构

③初始化函数

void Aocs.Init()；

物理仿真系统启动时调用一次，控制算法初始化内部变量。

④控制律计算函数

void Aocs.Ctrl(AocsInput&ai,AocsOutput&ao)；

物理仿真系统每周期采集、处理测量信息，填充结构ai后，调用控制算法，将结构ao中给出的控制量输出到执行部件。

⑤遥测函数

Aocs.Tm(float*tmdata)

物理仿真调用控制算法后调用遥测函数，获取控制算法部分的中间变量用于地面显示。

⑥遥控注入函数

void Aocs.Tc(uns igned short page,uns igned short mask,float*tcdata)

地面发送注入指令后调用，控制部分根据变量页码，屏蔽字确定对控制算法中相关变量进行修改。

⑦辅助函数

获取遥测变量名称

wchar_*Aocs.GetTmName(int i)

物理仿真系统根据需要调用

Step2：使用CProject类完成创建项目工程基本框架，将项目工程信息保存到数据库中，然后调用系统组件单元库和环境模拟单元库中所需单元模块，选择控制算法，进入工程流程图进行数据流向标示，自动生成完整的项目工程可执行代码；

Step3：生成执行程序。生成时先从数据库中读取项目所有组件的配置信息，包括通信协议、控制指令、接收数据解析协议等，生成并自动上传星上控制程序文件到星上计算机，生成地面主控管理程序，主要包括遥控指令控件、参数注入控件和关键数据显示控件，保存到程序所在目录的\projects\components子目录下，作为人机交互的主窗口。

3、创建分布式运行辅助单元，包括数据观测单元、三维显示单元和报表单元，用于通过网络获取数据库中的实时试验数据，进行实时显示、状态观测并生成报告输出。

分布式运行辅助单元包括数据观测单元、三维显示单元和报表单元，辅助单元各组成部分都独立运行，通过网络获取试验数据进行曲线、三维图形显示。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台，其特征在于包括主框架单元、环境模拟单元构建模块、物理仿真试验组件模拟单元构建模块、项目工程单元构建模块、数据库；

环境模拟单元构建模块，采用数字的方法仿真模拟地面难以实际运行或不需要实际运行的航天器组件的功能，形成环境模拟单元，并将环境模拟单元存储至数据库中；

物理仿真试验组件接口单元构建模块，接收外部输入的物理仿真试验组件接口属性，采用数字的方法模拟物理仿真试验组件通信接口和数据转换接口，形成物理仿真试验组件接口单元，并存储至数据库中；所述数据转换接口将通信接口输入和输出的数据转换成统一的规范格式；

项目工程模拟单元构建模块，以试验任务为单位，创建航天器姿控物理仿真试验工程，包含星上控制仿真工程和地面主控管理工程，该航天器姿控物理仿真试验工程经过编译，生成星上控制可执行程序和地面主控管理可执行程序存储至数据库中；星上控制可执行程序加载至星上计算机中自主运行；地面主控管理可执行程序，加载至地面主控站中运行，运行过程中产生的实验数据存储至数据库；

主框架单元，为环境模拟单元构建模块、物理仿真试验组件接口单元构建模块、项目工程模拟单元构建模块提供通用的软件操作界面、工具和编译运行环境。

2.根据权利要求1所述的一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台，其特征在于还包括辅助单元，辅助单元包括数据观测单元、三维显示单元和报表单元；

数据观测单元，通过文本和曲线来显示试验数据；

三维显示单元，采用实时试验数据，驱动三维模型，通过数字的形式展示出当前试验状态；

报表单元，用于将试验数据，采用文档的形式输出。

3.根据权利要求2所述的一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台，其特征在于所述辅助单元采用分布式的方式运行。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台，其特征在于所述星上控制仿真工程创建星上控制可执行程序的具体过程为：

S2-1、根据待仿真的航天器姿控控制算法从数据库中添加环境模拟单元、物理仿真试验组件单元；

S2-2、按照预设的接口函数标准实例化各环境模拟单元、物理仿真试验组件接口单元，生成各环境模拟单元源文件和物理仿真试验组件接口单元源文件；

S2-3、按照航天器星上控制时序，用定时器调用各环境模拟单元源文件、物理仿真试验组件接口单元源文件和被测姿控算法源文件；

S2-4、配置物理仿真试验需要的遥控指令和遥测数据配置项，生成xml配置文件；

S2-5、将步骤S2-3生成各环境模拟单元源文件、物理仿真试验组件接口单元源文件和被测姿控算法源文件和步骤2-4生成的xml配置文件，生成星上控制预编译文件；

S2-6、通过CMake工具对预编译文件进行编译链接，生成星上控制可执行程序。

5.根据权利要求1～3任一项所述的一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台，其特征在于所述地面主控管理工程创建地面主控管理可执行程序的具体过程为：

S3-1、使用地面主控管理工程，通过交互操作界面，从数据库中添加被测物理仿真试验涉及到的环境模拟单元、物理仿真试验组件单元；

S3-2、按照预设的接口规范实例化各环境模拟单元、物理仿真试验组件接口单元，生成各环境模拟单元源文件和物理仿真试验组件接口单元源文件；

S3-3、配置物理仿真试验需要的遥控指令和遥测数据配置项，生成xml配置文件；

S3-4、将步骤S3-2生成各环境模拟单元源文件、物理仿真试验组件接口单元源文件和步骤3-3生成的xml配置文件，生成地面控制预编译文件；

S3-5、通过CMake工具对预编译文件进行编译链接，生成地面主控管理可执行程序。

6.根据权利要求5所述的一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台，其特征在于步骤S3-3还配置辅助函数，用于将用户关心的数据输出至辅助单元。

7.根据权利要求4或5任一项所述的一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建平台，其特征在于所述预设的接口规范中规定了环境模拟单元、物理仿真试验组件接口单元的输入参数结构、输出参数结构，以及初始化函数、控制律计算函数、遥测函数、遥控注入函数的名称、参数个数和参数类型、返回值类型。

8.一种航天器姿控物理仿真试验系统精准快建方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、建立规范的环境模拟单元和物理仿真试验组件接口单元，所述环境模拟单元采用数字的方法仿真模拟地面难以实际运行或不需要实际运行的航天器组件的功能；所述物理仿真试验组件接口单元采用数字的方法模拟物理仿真试验组件通信接口、物理仿真试验组件与待仿真航天器姿态控制算法之间的数据转换接口；

S2、采用工程管理模式，创建物理仿真试验项目工程单元库，制定统一的接口规范，所述接口规范包括环境模拟单元、物理仿真试验组件接口单元的输入参数结构、输出参数结构，以及初始化函数、控制律计算函数、遥测函数、遥控注入函数的名称、参数个数和参数类型、返回值类型；根据物理仿真试验任务硬件条件，实例化星上涉及到的环境模拟单元源文件和物理仿真试验组件接口单元，嵌入被测姿控算法源文件，快速生成星上控制程序；实例化地面涉及到的环境模拟单元源文件和物理仿真试验组件接口单元，快速生成地面控制程序；星上控制可执行程序加载至星上计算机中自主运行；地面主控管理可执行程序，加载至地面主控站中运行，运行过程中产生的实验数据存储至数据库；

S3、创建分布式运行辅助单元，包括数据观测单元、三维显示单元和报表单元，用于通过网络获取数据库中的实时试验数据，进行实时显示、状态观测并生成报告输出。

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