[发明专利]基于原型数字双胞胎架构的航天器GNC系统仿真试验方法

说明书

一种基于原型数字双胞胎架构的航天器GNC系统仿真试验方法，属于空间系统工程技术领域。通过本发明方法，在系统设计验证的早期，利用半物理环境，将重点研制的控制器等产品接入硬件半物理环境，组成实际的控制系统，并与基于数字化的仿真系统联合运行，验证系统的实际性能指标，可测试性等设计要求，形成数字双胞胎系统架构，可以快速验证系统设计中的功能、时序、接口等各类关键特性，在有限资源条件下，提升系统设计的正确性和完备性。

技术领域

本发明涉及一种基于原型数字双胞胎架构的航天器GNC系统仿真试验方法，在系统早期设计验证中使用，属于空间系统工程技术领域。

背景技术

在轨卫星的地面数字孪生姿轨控系统是天地一体化在轨支持中心的重要支撑部分，是基于在轨实际物理系统、通过仿真技术搭建的航天器动态软件模型。该孪生系统可接收姿轨控系统在轨飞行数据和地面测试数据、特征信息等数据库数据，用于复现在轨航天器的真实飞行状态。根据航天器地面动态模拟系统的运行特征，通过人工智能技术对航天器姿轨控系统在轨健康状态做出评估，对故障进行前期预测。该孪生系统既是复现在轨航天器姿轨控系统的真实飞行状态的关键，也是健康评估、故障预测和自主故障隔离、恢复生成策略的验证系统。

在轨卫星的地面数字孪生姿轨控系统旨在高度仿真在轨航天器姿轨控系统的真实设计状态，并能接收在轨飞行数据，用于复现在轨航天器的真实飞行状态。并能通过自主学习和人工智能技术，根据地面动态模拟系统的运行表现，评估在轨航天器姿轨控系统的健康状态，预测可能发生的技术故障，并自主生成和直接验证的故障隔离、恢复策略。

在轨卫星的地面数字孪生姿轨控系统，建立在复杂的虚拟卫星建模技术上，是以机械、电气、电子、物理学等一些列多学科建模技术为依托的模型，覆盖航天器控制系统通讯、时序、接口、供电等技术实现方向，即利用高度复杂的数学模型精准逼近真实在轨航天器的设计状态。该平台姿轨控系统由执行机构、敏感器、控制器、推进系统等部分组成，控制系统各部件均是高度仿真的数学模型，数学模型包含了单机产品的所有设计信息。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于原型数字双胞胎架构的航天器GNC系统仿真试验方法，利用半物理环境，将重点研制的控制器等产品接入硬件半物理环境，组成实际的控制系统，并与基于数字化的仿真系统联合运行，验证系统的实际性能指标，可测试性等设计要求，形成数字双胞胎系统架构。

本发明的技术解决方案是：一种基于原型数字双胞胎架构的航天器GNC系统仿真试验方法，包括如下步骤：

准备原型上位机和若干个原型下位机；根据需要进行试验的实际系统搭建原型数字双胞胎系统；所述原型数字双胞胎系统中的原型下位机连接在信息电缆网上，各个原型下位机均与原型上位机连接；

由实际系统获取系统设计状态，根据设计状态将原型数字双胞胎系统分解为硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括各个原型下位机的配置和原型下位机之间的连接关系，所述软件部分包括单机模型和控制器模型；

根据所述硬件部分对原型下位机进行配置和连接；

在原型上位机中分别构建各个单机模型和控制器模型，然后通过原型上位机向原型下位机发送各个单机模型和控制器模型，并在原型下位机中加载各个单机模型和控制器模型；

通过原型上位机启动各个原型下位机，开始仿真试验，并通过原型上位机监测各个原型下位机运行的状态，判断各个原型下位机的运行是否存在缺陷；

若未发现缺陷，则结束，完成仿真试验；若发现缺陷，则通过修改单机模型和控制器模型，或改变信息电缆网的连接来克服缺陷，并再次进行仿真试验；直至各个原型下位机的运行均不存在缺陷，完成仿真试验。

进一步地，各个原型下位机均通过以太网与原型上位机连接。

进一步地，所述以太网包括1000/100mbps带宽交换机。