[发明专利]基于部件模拟器的卫星飞行控制闭环仿真系统

说明书

技术领域

本发明属于卫星仿真测试技术领域，具体涉及一种基于部件模拟器的卫星飞行控制闭环仿真系统。

背景技术

在航天工程领域，由于卫星的研制费用较高，并且卫星的运行环境十分复杂恶劣，所以，一般都需要对卫星的飞行控制系统进行仿真，从而验证卫星的飞行控制系统的方案设计的正确性，以及检验卫星的飞行控制系统的功能和性能。

通常，卫星的飞行控制仿真系统可采用半物理仿真和全物理仿真。其中，全物理仿真系统中，由于将各种真实物理器件直接接入仿真回路，所以这些真实物理器件对仿真控制系统性能的影响能直观而有效地反映在仿真试验的结果中，从而具有仿真可信度较高的优点，但使用各种真实物理器件直接增加了仿真系统的成本和复杂度，从而限制了全物理仿真系统的应用范围。半物理仿真系统中，硬件参与仿真回路中，同时部分硬件又采用数学仿真的方式，即：半物理仿真系统结合了数学仿真和物理仿真，因此，半物理仿真系统具有成本低、操作简单、且仿真可信度高等优点，在卫星控制仿真系统中使用广泛。

现有的半物理仿真系统中，敏感器或执行器有以下两种接入卫星控制仿真系统的方式：(1)采用数学仿真的方式接入卫星控制仿真系统，即：利用计算机根据对应的数学模拟对敏感器或执行器进行仿真，但该方法仿真输出的敏感器或执行器数据格式与敏感器或执行器真实物理器件输出的数据格式不同，即：该方法没有实现按真实物理器件的工作模式进行仿真的效果，从而影响了仿真结果的可信度。(2)采用实物的方式接入卫星控制仿真系统，即：将真实的敏感器或执行器直接接入卫星控制仿真系统中，由于采用真实物理器件，从而增加了仿真系统的成本和复杂度。

因此，寻找一种能够有效增加敏感器或执行器在卫星控制仿真系统中的可信度，同时又不增加仿真系统的成本和复杂度的方法，具有重要现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于部件模拟器的卫星飞行控制闭环仿真系统，由于所采用的部件模拟器输出或输入的数据格式与对应的真实物理部件的输入或输出的数据格式相同，能够有效模拟对应真实物理部件的功能，所以能有效提高卫星飞行控制闭环仿真系统的仿真可信度，又由于所采用的为部件模拟器，而不是采用的真实物理器件，所以又具有仿真系统成本低、复杂度低的优点，同时还具有通用性强、灵活性强、自动化程度高的特点，因此，能有效缩短卫星的研制周期，减少卫星的研制成本。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于部件模拟器的卫星飞行控制闭环仿真系统，应用于包括动力学仿真服务器、敏感器模拟器、执行器模拟器和星载计算机的系统中，包括以下步骤：

(1)所述动力学仿真服务器根据预存的卫星动力学数学模型以及初始控制力信息和初始控制力矩信息计算得到当前卫星的轨道参数信息和姿态四元数信息，并将该轨道参数信息和姿态四元数信息发送给所述敏感器模拟器；

(2)所述敏感器模拟器接收所述轨道参数信息和姿态四元数信息，并结合与所述敏感器模拟器对应的敏感器数学模型进行仿真计算，得到所述敏感器的模拟测量值，并将该模拟测量值的数据格式转化为真实测量值的数据格式，得到真实格式模拟测量值，并将该真实格式模拟测量值发送给所述星载计算机；其中，所述真实格式模拟测量值的数据格式为实际敏感器在实际卫星控制系统中实际输出的数据格式；

(3)所述星载计算机接收所述真实格式模拟测量值，并根据预存的卫星目标姿态信息和/或卫星目标轨道信息以及控制算法进行计算，得到控制指令，并将该控制指令发送给所述执行器模拟器；其中，所述控制指令的数据格式为实际执行器在实际卫星控制系统中实际接收到的数据格式；

(4)所述执行器模拟器接收所述控制指令，并将该控制指令的数据格式转化为模拟控制指令的数据格式，得到所述模拟控制指令，然后根据所述模拟控制指令和预存的与所述执行器模拟器对应的执行器的数学模型进行仿真计算，得到新的控制力信息和新的控制力矩信息，并将该新的控制力信息和新的控制力矩信息发送给所述动力学仿真服务器；

(5)所述动力学仿真服务器用接收到的所述新的控制力信息和新的控制力矩信息更新所述初始控制力信息和初始控制力矩信息，然后重复执行步骤(1)-(5)，直到达到预设仿真时间，结束上述流程。

优选的，步骤(1)中所述卫星动力学数学模型包括卫星姿态动力学模型和卫星轨道动力学模型。