CN114063991A

CN114063991A - 卫星仿真组件创建方法

Info

Publication number: CN114063991A
Application number: CN202210000960.2A
Authority: CN
Inventors: 翟敏; 李勇; 李建辉; 林鹏; 李栋; 冀蓉
Original assignee: China Xian Satellite Control Center
Current assignee: China Xian Satellite Control Center
Priority date: 2022-01-04
Filing date: 2022-01-04
Publication date: 2022-02-18
Anticipated expiration: 2042-01-04
Also published as: CN114063991B

Abstract

本发明是关于一种卫星仿真组件创建方法。该方法包括：根据卫星仿真需求确定需要生成的数字组件的种类；针对每一个所述数字组件集成与其对应的组件模型并提取所述组件模型的预设参数信息；根据各所述数字组件之间的交互需求定义各所述组件模型的交互接口信息；将各所述组件模型封装至同一个动态链接库中形成与各所述组建模型对应的各动态链接库文件；编写各所述组件模型的定义文件；以各所述组建模型为单位，将所述组件模型的所述动态链接库文件、所述定义文件、数据文件、图标文件和三维模型文件集中到一个文件夹中并进行命名得到各数字组件。

Description

卫星仿真组件创建方法

技术领域

本公开实施例涉及卫星仿真技术领域，尤其涉及一种卫星仿真组件创建方法。

背景技术

卫星飞行仿真系统尤其是全数字卫星仿真系统，在卫星系统从设计到运营的各个阶段，都能够为分析、验证、测试、培训等活动提供高效率、低成本、全工况的环境和工具，因此得到了广泛的应用。

相关技术中，全数字的卫星飞行仿真系统通常是针对特定型号的卫星、或者特定的学科领域和应用目的而设计开发，缺乏可以通过与组装真实卫星同构的方式快速搭建的高扩展性仿真系统，为了输出多学科领域的状态，达到逼真的效果，主要靠半物理或全物理方式的仿真系统。此外在故障仿真方面，主要集中在卫星分系统层级的故障仿真，未见能够仿真故障在整星层级演化的报道。构建一种同时具备多学科领域融合、可仿真故障演化、可以通过组装与真实卫星同构的方式由部件快速搭建、扩展性能良好的全数字卫星飞行仿真系统是困难的。

因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种卫星仿真组件创建方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开的第一方面，提供一种卫星仿真组件创建方法，包括：

根据卫星仿真需求确定需要生成的数字组件的种类；

针对每一个所述数字组件集成与其对应的组件模型并提取所述组件模型的预设参数信息；

根据各所述数字组件之间的交互需求定义各所述组件模型的交互接口信息；

将各所述组件模型封装至同一个动态链接库中形成与各所述组建模型对应的各动态链接库文件；

编写各所述组件模型的定义文件；

以各所述组建模型为单位，将所述组件模型的所述动态链接库文件、所述定义文件、数据文件、图标文件和三维模型文件集中到一个文件夹中并进行命名得到各数字组件；其中，所述数据文件至少包括所述预设参数信息、所述交互接口信息、组建模型计算信息和操控界面信息；所述图标文件为预先设置的用于图形用户界面的标示；所述三维模型文件为所述数字组件在三维图形显示和计算中使用的文件。

本公开中，所述组件模型包括功能模型、性能模型和故障模型。

本公开中，所述功能模型、性能模型和故障模型分别通过微分代数方程表达其物理过程，通过离散时间方程表达其信息逻辑。

本公开中，所述预设参数信息包括特征参数、状态参数、初值参数、操控参数和交互参数。

本公开中，所述状态参数包括核心状态参数和导出状态参数，所述核心状态参数为组建模型当前工作状态参数，所述导出状态参数为描述当前工作状态的参数，是由核心状态参数计算得到的；其中，所述状态参数与仿真模拟的真实组件模型参数具有对应关系。

本公开中，将所述交互参数按照学科领域和/或功能进行分类，定义对应各类别的各标准接口信息。

本公开中，所述将各所述组件模型封装至同一个动态链接库中形成与各所述组建模型对应的各动态链接库文件的步骤，包括：

采用面向对象技术将所述组件模型封装到对象类中，所述对象类继承于所述组件模型的基类，该基类定义了所述组建模型的属性和驱动方法；

将封装后的所述对象类分装到一个动态链接库中形成所述组件模型对应的动态链接库文件。

本公开中，所述定义文件为用于所述组建模型进行组装和操控的信息。

本公开中，所述定义文件为进行仿真组件创建时操作人员定义的。

本公开中，所述定义文件包括：组件模型类型、组件模型简要说明、组件模型特征参数描述及其默认值集合、组件模型状态参数描述及其默认值集合、组建模型初值参数描述及其默认值集合、组建模型操控参数描述及其默认值集合、组建模型接口描述集合。

本公开提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开中，上述卫星仿真组件创建方法，通过数字组件可供一种全数字的卫星飞行仿真系统，通过与组装真实卫星同构的方式，快速将数字组件组装成数字卫星，并能够支持多学科模型融合地仿真卫星在轨飞行状态和故障演化过程。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明示例性实施例中卫星仿真组件创建方法流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本发明实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

本示例实施方式中首先提供了一种卫星仿真组件创建方法。参考图1中所示，该卫星仿真组件创建方法可以包括：

步骤S101：根据卫星仿真需求确定需要生成的数字组件的种类；

步骤S102：针对每一个所述数字组件集成与其对应的组件模型并提取所述组件模型的预设参数信息；

步骤S103：根据各所述数字组件之间的交互需求定义各所述组件模型的交互接口信息；

步骤S104：将各所述组件模型封装至同一个动态链接库中形成与各所述组建模型对应的各动态链接库文件；

步骤S105：编写各所述组件模型的定义文件；

步骤S106：以各所述组建模型为单位，将所述组件模型的所述动态链接库文件、所述定义文件、数据文件、图标文件和三维模型文件集中到一个文件夹中并进行命名得到各数字组件；其中，所述数据文件至少包括所述预设参数信息、所述交互接口信息、组建模型计算信息和操控界面信息；所述图标文件为预先设置的用于图形用户界面的标示；所述三维模型文件为所述数字组件在三维图形显示和计算中使用的文件。

上述卫星仿真组件创建方法，通过数字组件可供一种全数字的卫星飞行仿真系统，通过与组装真实卫星同构的方式，快速将数字组件组装成数字卫星，并能够支持多学科模型融合地仿真卫星在轨飞行状态和故障演化过程。

具体的，在步骤S101中，根据仿真需求确定需要生成的数字组件的种类具体指的是确定具体需要生成哪些仿真数字组件，数字组件具体可以包括各类结构件组件、各类敏感器组件、各类控制器组件、各类执行机构组件、各类载荷组件，还包括卫星整体组件、自然天体模型组件，具体需要生成上述组件中的哪一些组件是根据仿真系统的需求进行选择的。

在步骤S102中，集成与确定的数字组件的组件模型指的是针对确定的数字组件建立相应的组件模型，并且提取该组件模型仿真运行时需要的预设参数。

在步骤S103中，数字组件之间进行交互需要确定每个参数的交互连接关系，因此需要根据参数之间的交互需求定义交互接口的信息。

在步骤S104中，将各个组件模型分别分装到同一个动态链接库中形成各个组件模型的动态链接库文件，以供例如数字卫星组装软件、仿真管理器等二次开发软件对其进行驱动。

在步骤S105中，为方便例如数字卫星组装软件、仿真管理器等二次开发软件的使用，需要对组件模型编写定义文件以供查阅，并且最好应当使得定义文件与组装模型的代码具有一致性。

在步骤S106中，通过将动态链接库文件、所述定义文件、数据文件、图标文件和三维模型文件集中到一个文件夹中可以生成数字组件，多个数字组件均生成后则得到全数字仿真系统，上述文件夹可根据其对应的数字组件的种类进行命名。

下面，将参考图1对本示例实施方式中的上述卫星仿真组件创建方法的各个部分进行更详细的说明。

在一个实施例中，所述组件模型可以包括功能模型、性能模型和故障模型。具体的对每一个数字组件，根据其所对应的卫星部件的功能和仿真需要，可以集成三类模型：功能模型、性能模型和故障模型。功能模型表达部件的功能，如：敏感器的观测、控制器的控制、推力器的喷气推进、电池的充电和放电、帆板的发电和大气阻力。性能模型表达部件在其它领域的状态对功能的影响，如：推力器温度对推力的影响、燃料的压力对推力器推力的影响、电池的温度对充放电能力的影响、帆板的温度对发电能力的影响等。故障模型描述部件出现故障后的表现，如：某个部件断电，则该组件无输出，电流输入也为零；当动量轮卡死，则动量轮组件力矩输出为零，但是输入电流不为零，温度升高。

在一个实施例中，所述功能模型、性能模型和故障模型可以分别通过微分代数方程表达其物理过程，通过离散时间方程表达其信息逻辑。具体的，功能模型、性能模型和故障模型通常由两种方程构成：一种是微分代数方程，表达部件的物理过程模型；一种是离散时间方程，表达部件的信息逻辑模型。

在一个实施例中，所述预设参数信息可以包括特征参数、状态参数、初值参数、操控参数和交互参数。具体的，特征参数是模型的常数或系数，该参数在组件模型运行时不变。状态参数与真实部件的卫星遥测参数具有对应关系。初值参数用于设置核心状态参数的初值，从而计算和确定模型初始状态。操控参数用于在运行时对组件的工作模型和运行过程进行干预，与卫星遥控参数具有对应关系，也用于使能故障模型。交互参数用于在运行时和其它组件进行交互，模拟组件之间的信息交换和物理作用。

在一个实施例中，所述状态参数可以包括核心状态参数和导出状态参数，所述核心状态参数为组建模型当前工作状态参数，所述导出状态参数为描述当前工作状态的参数，是由核心状态参数计算得到的；其中，所述状态参数与仿真模拟的真实组件模型参数具有对应关系。具体的，状态参数分为核心状态参数和导出状态参数。核心状态参数是决定组件当前工作状态的参数，是模型微分方程要求解的参数。导出状态参数是描述组件当前工作状态的参数，由核心状态参数计算得到。状态参数与真实卫星部件的参数具有对应关系，即状态参数表征的即是真实卫星对应的部件的参数。

在一个实施例中，将所述交互参数可以按照学科领域和/或功能进行分类，定义对应各类别的各标准接口信息。具体的，组件模型之间的交互需要逐一确定每个参数的连接关系，对于复杂模型，组件模型之间的交互参数数量非常大，需要用户进行细致耐心的连接工作，很容易造成

连接错误或遗漏。为此，将组件之间的交互参数按学科领域和功能进行分组，形成标准接口，例如：结构接口、电源接口、热流接口、流体管路接口、各类信息接口等。组件模型在交互时从交互接口中的相应变量中取得所需的数据，在计算完成自身状态后，再将对应变量写入交互接口中传出。

在一个实施例中，所述将各所述组件模型封装至同一个动态链接库中形成与各所述组建模型对应的各动态链接库文件的步骤，可以包括：

将封装后的所述对象类分装到一个动态链接库中形成所述组件模型对应的动态链接库文件。具体的，首先采用面向对象技术将以上组件模型封装到对象类中。每种类型的数字组件对应一个对象类。该对象类继承于一个组件基类，该基类定义了必要的属性和方法，如：类型、名称、设置参数、获取状态、获取交互接口、建立连接、求解状态、积分器接口等，使子类能够接受仿真管理器的驱动，并与其它组件协同，计算自身状态，达到系统整体状态随时间演化的效果。该基类相当于管理组件的接口。再将该对象类代码封装到一个动态链接库中，动态链接库需要实现一个标准名称的工厂函数，仿真管理器在加载该动态链接库后，可以找到该工厂函数，并使用该工厂函数生成代表该组件的类对象。

在一个实施例中，所述定义文件为用于所述组建模型进行组装和操控的信息。具体的，组件定义文件用于描述组件的组装和操作内容，供组件的使用者查询。

在一个实施例中，所所述定义文件可以为进行仿真组件创建时操作人员定义的。

在一个实施例中，所述定义文件可以包括：组件模型类型、组件模型简要说明、组件模型特征参数描述及其默认值集合、组件模型状态参数描述及其默认值集合、组建模型初值参数描述及其默认值集合、组建模型操控参数描述及其默认值集合、组建模型接口描述集合。

需要理解的是，上述描述中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims

1.一种卫星仿真组件创建方法，其特征在于，包括：

根据卫星仿真需求确定需要生成的数字组件的种类；

编写各所述组件模型的定义文件；

2.根据权利要求1所述卫星仿真组件创建方法，其特征在于，所述组件模型包括功能模型、性能模型和故障模型。

3.根据权利要求2所述卫星仿真组件创建方法，其特征在于，所述功能模型、性能模型和故障模型分别通过微分代数方程表达其物理过程，通过离散时间方程表达其信息逻辑。

4.根据权利要求1所述卫星仿真组件创建方法，其特征在于，所述预设参数信息包括特征参数、状态参数、初值参数、操控参数和交互参数。

5.根据权利要求4所述卫星仿真组件创建方法，其特征在于，所述状态参数包括核心状态参数和导出状态参数，所述核心状态参数为组建模型当前工作状态参数，所述导出状态参数为描述当前工作状态的参数，是由核心状态参数计算得到的；其中，所述状态参数与仿真模拟的真实组件模型参数具有对应关系。

6.根据权利要求5所述卫星仿真组件创建方法，其特征在于，将所述交互参数按照学科领域和/或功能进行分类，定义对应各类别的各标准接口信息。

7.根据权利要求1所述卫星仿真组件创建方法，其特征在于，所述将各所述组件模型封装至同一个动态链接库中形成与各所述组建模型对应的各动态链接库文件的步骤，包括：

8.根据权利要求1所述卫星仿真组件创建方法，其特征在于，所述定义文件为用于所述组建模型进行组装和操控的信息。

9.根据权利要求8所述卫星仿真组件创建方法，其特征在于，所述定义文件为进行仿真组件创建时操作人员定义的。

10.根据权利要求8所述卫星仿真组件创建方法，其特征在于，所述定义文件包括：组件模型类型、组件模型简要说明、组件模型特征参数描述及其默认值集合、组件模型状态参数描述及其默认值集合、组建模型初值参数描述及其默认值集合、组建模型操控参数描述及其默认值集合、组建模型接口描述集合。