[发明专利]一种基于即插即用技术的卫星姿态控制地面仿真系统

权利要求书

1.一种基于即插即用技术的卫星姿态控制地面仿真系统，其特征在于：包括气浮转台、嵌入式姿控单元、即插即用部件、地面控制单元和仿真单元；所述气浮转台上搭载有即插即用部件，所述即插即用部件为带有智能接口单元的星载设备，星载设备包括光纤陀螺、反作用飞轮，光纤陀螺为仿真系统的传感器部件，反作用飞轮仿真系统的执行部件，所述智能接口单元分别与传感器部件、执行部件组合成即插即用节点后再通过CAN控制总线与嵌入式姿控单元相连，实现它们之间的数据、指令的收发；

所述嵌入式姿控单元通过智能接口单元间接访问与控制星载设备，嵌入式姿控单元负责接收光纤陀螺输出的测量数据，计算卫星当前姿态并与预期姿态相比较，利用PID姿态控制算法得到飞轮控制量，并发送控制指令给反作用飞轮，同时将实时姿态信息发送至地面控制单元；

所述地面控制单元和显示设备为一台PC机，地面控制单元通过无线数传模块与嵌入式姿控单元上的RS232接口建立物理连接，所述地面控制单元接收嵌入式姿控单元发送来的实时姿态信息并将这些数据信息进行存储，同时于显示设备上实时显示卫星姿态信息以及光纤陀螺输出的测量数据。

2.根据权利要求1所述的基于即插即用技术的卫星姿态控制地面仿真系统，其特征在于：所述光纤陀螺用于采集气浮转台的转动角度以及角速度，输出给嵌入式姿控单元，嵌入式姿控单元根据其输出气浮台转动角度与角速度信息进行姿态确定与调整；

所述反作用飞轮用于接收嵌入式姿控单元输出的控制指令，产生对应的控制力矩驱动气浮转台的转动以此模拟卫星姿态控制。

3.根据权利要求1所述的基于即插即用技术的卫星姿态控制地面仿真系统，其特征在于：所述嵌入式姿控单元包括处理器、外扩存储器、控制总线接口CAN，JTAG调试接口，USB接口，RS232和RS422，所述外扩存储器、控制总线接口CAN，JTAG调试接口，USB接口，RS232和RS422均与处理器连接。

4.根据权利要求3所述的基于即插即用技术的卫星姿态控制地面仿真系统，其特征在于：所述处理器选用ATMEL公司的嵌入式ARM芯片AT91RM9200，其上运行版本为2.6.21的嵌入式Linux操作系统。

5.根据权利要求3所述的基于即插即用技术的卫星姿态控制地面仿真系统，其特征在于：所述智能接口单元包括控制器，存储器，控制总线接口，星载设备接口，电源和调试接口，所述控制总线接口、星载设备接口、调试接口以及存储器均与控制器连接，所述电源为智能接口单元提供工作电压，所述存储器上存储有设备自描述信息表和智能接口单元程序；

所述星载设备接口用于连接相应的星载设备；所述控制总线接口用于连接CAN控制总线实现智能接口单元与嵌入式姿控单元的相连；所述控制器用于完成嵌入式姿控单元与星载设备之间的数据交换；所述调试接口用于智能接口单元程序的调试及烧录。

6.根据权利要求5所述的基于即插即用技术的卫星姿态控制地面仿真系统，其特征在于：所述控制器选用ATMEL公司ARM架构的单片机SAM3X8C。

7.根据权利要求5所述的基于即插即用技术的卫星姿态控制地面仿真系统，其特征在于：所述设备自描述信息表为基于XML语言的xTEDS文件，xTEDS文件用于描述星载设备，定义星载设备的类型、属性、能力，定义嵌入式姿控单元与智能接口单元间的通信接口。

8.根据权利要求5所述的基于即插即用技术的卫星姿态控制地面仿真系统，其特征在于：所述智能接口单元程序，用于对与其连接的星载设备的自检；实现星载设备的在线注册，将星载设备的设备信息xTEDS发送给嵌入式姿控单元；完成星载设备的初始化；从星载设备读取检测数据并转发给嵌入式姿控单元；转发嵌入式姿控单元发送给星载设备的控制指令。

9.根据权利要求5所述的基于即插即用技术的卫星姿态控制地面仿真系统，其特征在于：每个星载设备的智能接口单元均会分配一个独立的ID，嵌入式控制单元也分配有一个独立的ID，智能接口单元将屏蔽发送往其他智能接口的CAN报文，嵌入式控制单元接收CAN控制总线上所有报文。

10.根据权利要求5所述的基于即插即用技术的卫星姿态控制地面仿真系统，其特征在于：嵌入式姿控单元检测到有新的星载设备上线后，将广播自己的信息即总线ID，新上线的星载设备的智能接口单元接收到嵌入式姿控单元信息后，将向其发送注册请求，得到嵌入式姿控单元注册确认后，再将新上线星载设备的设备信息xTEDS发送给嵌入式姿控单元，完成设备的注册。

PID姿态控制算法程序运行时，嵌入式姿控单元调用相应星载设备其智能接口单元内存储的设备自描述信息表中定义的通信接口完成星载设备的数据访问与动作控制：智能接口单元将CAN控制总线上收到的来自嵌入式自控单元的命令或请求进行解析与转换，向星载设备发送相应的动作执行指令或从星载设备处获取实时数据，之后智能接口单元再将收到的来自星载设备的指令反馈与数据进行转换，通过CAN控制总线发送至嵌入式姿控单元，如此循环反复。