一種快速建立小衛(wèi)星控制測(cè)試系統(tǒng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種快速建立小衛(wèi)星控制測(cè)試系統(tǒng)的方法，針對(duì)不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其測(cè)試系統(tǒng)的快速建立、易于擴(kuò)展和移植，以達(dá)到提升測(cè)試質(zhì)量、縮短測(cè)試時(shí)間的目的。通過建立上行敏感器信號(hào)源模塊、下行執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作信息隔離和電平轉(zhuǎn)換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號(hào)隔離模塊，統(tǒng)一了單個(gè)部件的對(duì)外輸入接口、輸出接口，實(shí)現(xiàn)了不同部件的靈活組合，且易于擴(kuò)展和移植，提高了測(cè)試設(shè)備硬件模塊的復(fù)用率和通用性；根據(jù)不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的星地接口關(guān)系，利用星地接口適配器進(jìn)行硬件模塊輸入接口、輸出接口的連接和配置，滿足了衛(wèi)星與地面測(cè)試系統(tǒng)接口變化而測(cè)試系統(tǒng)硬件不變的需求，實(shí)現(xiàn)真正意義上的通用化和板卡級(jí)的可互換性。
【專利說明】一種快速建立小衛(wèi)星控制測(cè)試系統(tǒng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種快速建立小衛(wèi)星控制測(cè)試系統(tǒng)的方法，屬于小衛(wèi)星測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]控制系統(tǒng)在空間飛行狀態(tài)時(shí)是一個(gè)閉環(huán)的多元自主控制系統(tǒng)，在衛(wèi)星飛行任務(wù)的不同階段有其不同的控制模式，每種模式都有其特有的測(cè)量部件和執(zhí)行部件組合，以及不同的運(yùn)算和控制規(guī)律。為驗(yàn)證系統(tǒng)方案和技術(shù)設(shè)計(jì)的合理性及詳細(xì)的性能指標(biāo)，需要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)為其構(gòu)成閉環(huán)控制的測(cè)試環(huán)境。
[0003]控制測(cè)試系統(tǒng)以星上部件、軟件、方案為被測(cè)對(duì)象，包括測(cè)試設(shè)備硬件、地面動(dòng)力學(xué)仿真軟件、以及其他一些軟件。由于每顆衛(wèi)星部件配置的不同以及星地接口關(guān)系的不同，需要一星專用或一平臺(tái)專用，因此造成各星或各平臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)各異，不能通用，搭建、擴(kuò)展和移植困難，且需要測(cè)試人員去適應(yīng)每種不同的測(cè)試系統(tǒng)。隨著小衛(wèi)星研制任務(wù)的激劇增長，原有測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建、使用模式已經(jīng)不能適應(yīng)小衛(wèi)星多星并行測(cè)試、快速測(cè)試和批量生產(chǎn)模式的測(cè)試需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種快速建立小衛(wèi)星控制測(cè)試系統(tǒng)的方法，針對(duì)不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其測(cè)試系統(tǒng)的快速建立、易于擴(kuò)展和移植，以達(dá)到提升測(cè)試質(zhì)量、縮短測(cè)試時(shí)間的目的。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種快速建立小衛(wèi)星控制測(cè)試系統(tǒng)的方法，步驟如下:
[0006](I)將被測(cè)試小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的組成部件按照敏感器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類；
[0007](2)根據(jù)步驟(I)的分類，為敏感器建立上行信號(hào)源模塊，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)建立下行工作信息隔離和電平轉(zhuǎn)換模塊，為控制器建立下行狀態(tài)信息和上行控制信號(hào)隔離模塊；
[0008](3)根據(jù)步驟(I)分類的被測(cè)試小衛(wèi)星控制系統(tǒng)所需要的部件類型和數(shù)量，對(duì)步驟
(2)建立的上行敏感器信號(hào)源模塊、下行執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作信息隔離和電平轉(zhuǎn)換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號(hào)隔離模塊進(jìn)行最大化數(shù)量配置；
[0009](4)將步驟(3)中配置的上行敏感器信號(hào)源模塊、下行執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作信息隔離和電平轉(zhuǎn)換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號(hào)隔離模塊的輸入、輸出信號(hào)按信號(hào)類型進(jìn)行分類，統(tǒng)計(jì)分類后的信號(hào)類型所對(duì)應(yīng)的輸入接口、輸出接口數(shù)量；
[0010](5)根據(jù)不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的星地接口關(guān)系，利用與步驟(4)統(tǒng)計(jì)的輸入接口、輸出接口數(shù)量相匹配的星地接口適配器進(jìn)行輸入信號(hào)、輸出信號(hào)的連接；
[0011](6)將步驟(5)連接完成的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)與敏感器模型、執(zhí)行機(jī)構(gòu)信息采集模塊進(jìn)行連接，再將敏感器模型、執(zhí)行機(jī)構(gòu)信息采集模塊與動(dòng)力學(xué)仿真模型進(jìn)行連接，形成閉環(huán)，建立完成。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是:
[0013](I)通過建立上行敏感器信號(hào)源模塊、下行執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作信息隔離和電平轉(zhuǎn)換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號(hào)隔離模塊，統(tǒng)一了單個(gè)部件的對(duì)外輸入接口、輸出接口，實(shí)現(xiàn)了不同部件的靈活組合，且易于擴(kuò)展和移植，提高了測(cè)試設(shè)備硬件模塊的復(fù)用率和通用性；
[0014](2)根據(jù)不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的星地接口關(guān)系，利用星地接口適配器進(jìn)行硬件模塊輸入接口、輸出接口的連接和配置，滿足了衛(wèi)星與地面測(cè)試系統(tǒng)接口變化而測(cè)試系統(tǒng)硬件不變的需求，起到自適應(yīng)的作用，可以根據(jù)衛(wèi)星測(cè)試需求進(jìn)行改變，使得系統(tǒng)的重構(gòu)和升級(jí)變得簡單，實(shí)現(xiàn)真正意義上的通用化和板卡級(jí)的可互換性；
[0015](3)改變了傳統(tǒng)控制測(cè)試系統(tǒng)一星專用或一平臺(tái)專用的構(gòu)建模式，實(shí)現(xiàn)了地面測(cè)試系統(tǒng)的快速構(gòu)建，滿足了快速測(cè)發(fā)控技術(shù)對(duì)地面測(cè)試系統(tǒng)的訴求，同時(shí)，可降低系統(tǒng)成本、縮減系統(tǒng)規(guī)模的平衡。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為小衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面測(cè)試原理框圖；
[0017]圖2為小衛(wèi)星控制測(cè)試系統(tǒng)建立方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]小衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面測(cè)試原理如圖1所示。在進(jìn)行地面測(cè)試時(shí)，星上的姿態(tài)和軌道控制計(jì)算機(jī)(AOCC-Attitude and Orbit Control Computer)運(yùn)行星載程序,地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)運(yùn)行動(dòng)力學(xué)仿真程序來模擬空間環(huán)境和衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)控制定律。在一個(gè)仿真周期內(nèi)，AOCC接收星上敏感器的姿態(tài)信息(該姿態(tài)信息由上行敏感器信號(hào)源模塊產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)作用于星上敏感器產(chǎn)生)，進(jìn)行衛(wèi)星姿態(tài)確定和控制律計(jì)算，輸出對(duì)應(yīng)的控制指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作信息隔離和電平轉(zhuǎn)換模塊對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作信息進(jìn)行調(diào)理，通過輸入接口的執(zhí)行機(jī)構(gòu)信息采集模塊進(jìn)行采集后送給動(dòng)力學(xué)仿真模型，經(jīng)過動(dòng)力學(xué)仿真軌道計(jì)算、地磁場(chǎng)計(jì)算和運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算得到衛(wèi)星姿態(tài)和軌道信息的仿真計(jì)算數(shù)據(jù)，由輸出接口的敏感器模型轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)格式，通過上行敏感器信號(hào)源模塊送衛(wèi)星敏感器，然后開始下一個(gè)仿真周期的計(jì)算和控制。
[0019]如圖2所示，為了快速建立小衛(wèi)星控制測(cè)試系統(tǒng)，需要按照本方法的步驟進(jìn)行實(shí)施:
[0020](I)將被測(cè)試的小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的組成部件按照敏感器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類。對(duì)于不同的衛(wèi)星平臺(tái)和不同的衛(wèi)星，控制測(cè)試系統(tǒng)需要檢測(cè)的產(chǎn)品存在著一定的區(qū)別，但是均由測(cè)量部件、控制器和執(zhí)行部件組成。測(cè)量部件包括太陽敏感器、地球敏感器、慣性姿態(tài)敏感器、星敏感器等；執(zhí)行部件包括推進(jìn)分系統(tǒng)、飛輪、磁力矩器、帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等；控制器包括控制計(jì)算機(jī)和硬件邏輯控制線路。其中，太陽敏感器通常包括數(shù)字式太陽敏感器、模擬式太陽敏感器，慣性姿態(tài)敏感器通常指速率積分陀螺，為滿足衛(wèi)星快速姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力的需求，部分小衛(wèi)星控制系統(tǒng)執(zhí)行部件還增加有控制力矩陀螺。
[0021](2)對(duì)步驟(I)中分類后的各組成部件建立測(cè)試設(shè)備硬件模塊，為敏感器建立上行信號(hào)源模塊，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)建立下行工作信息隔離和電平轉(zhuǎn)換模塊，為控制器建立下行狀態(tài)信息和上行控制信號(hào)隔離模塊。例如，單通道的陀螺模塊、單通道的數(shù)字太陽敏感器模塊、單個(gè)的紅外地球敏感器模塊、單個(gè)的動(dòng)量輪模塊等，即衛(wèi)星控制系統(tǒng)中使用的部件都建立可以通用的單一模塊。例如，星上控制器輸出的姿控/軌控推力器噴氣信號(hào)為0/28V的脈寬信號(hào)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)下行工作信息隔離和電平轉(zhuǎn)換模塊需要將其轉(zhuǎn)換成TTL電平信號(hào)，進(jìn)行星地信號(hào)隔離后再測(cè)量有效脈沖寬度。
[0022](3)根據(jù)不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)所需要的部件類型和數(shù)量，對(duì)步驟(2)建立的上行敏感器信號(hào)源模塊、下行執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作信息隔離和電平轉(zhuǎn)換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號(hào)隔離模塊進(jìn)行最大化數(shù)量配置。按照每顆衛(wèi)星部件配置的不同，最大化配置測(cè)試設(shè)備硬件模塊。例如，某小衛(wèi)星安裝有12個(gè)IN姿控推力組件、I個(gè)5N軌控推力組件，另一平臺(tái)某小衛(wèi)星安裝有10個(gè)IN姿控推力組件、2個(gè)5N軌控推力組件，為實(shí)現(xiàn)通用性，執(zhí)行機(jī)構(gòu)下行工作信息隔離和電平轉(zhuǎn)換模塊則按照12個(gè)IN姿控推力組件、2個(gè)5N軌控推力組件配置隔離和電平轉(zhuǎn)換電路。
[0023](4)將步驟(3)中配置的上行敏感器信號(hào)源模塊、下行執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作信息隔離和電平轉(zhuǎn)換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號(hào)隔離模塊的輸入、輸出信號(hào)按信號(hào)類型進(jìn)行分類，統(tǒng)計(jì)分類后的信號(hào)類型所對(duì)應(yīng)的輸入接口、輸出接口數(shù)量。將測(cè)試設(shè)備硬件模塊的輸入、輸出信號(hào)按信號(hào)極性分為上行信號(hào)、下行信號(hào)，并統(tǒng)計(jì)出單個(gè)模塊的各類信號(hào)的數(shù)量以及測(cè)試系統(tǒng)配置的信號(hào)的數(shù)量。例如，單通道的數(shù)字太陽敏感器模塊包含7道粗碼、4道細(xì)碼、2道監(jiān)視碼、I道全開碼，某衛(wèi)星安裝I個(gè)數(shù)字太陽敏感器部件(包括2個(gè)太陽敏感器探頭)，則數(shù)字太陽敏感器信號(hào)源模塊包含上行信號(hào)28路。
[0024](5)根據(jù)不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的星地接口關(guān)系，利用與步驟(4)統(tǒng)計(jì)的輸入接口、輸出接口數(shù)量相匹配的星地接口適配器進(jìn)行輸入信號(hào)、輸出信號(hào)的連接。星地接口適配器是為滿足地面測(cè)試系統(tǒng)與衛(wèi)星接口變化而測(cè)試系統(tǒng)硬件不變的需求而設(shè)計(jì)的，起到自適應(yīng)的作用，可以根據(jù)衛(wèi)星測(cè)試需求進(jìn)行改變，使得系統(tǒng)的重構(gòu)和升級(jí)變得簡單，實(shí)現(xiàn)真正意義上的通用化和板卡級(jí)的可互換性。
[0025](6)將步驟(5)連接完成的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)與敏感器模型、執(zhí)行機(jī)構(gòu)信息采集模塊進(jìn)行連接，再將敏感器模型、執(zhí)行機(jī)構(gòu)信息采集模塊與動(dòng)力學(xué)仿真模型進(jìn)行連接，形成閉環(huán)，建立完成。利用商業(yè)的組態(tài)軟件(用來提供建立硬件模塊與軟件程序聯(lián)系的開發(fā)環(huán)境)將測(cè)試設(shè)備硬件模塊的輸入、輸出接口信號(hào)與敏感器模型、執(zhí)行機(jī)構(gòu)信息采集模塊進(jìn)行連接，再將敏感器模型、執(zhí)行機(jī)構(gòu)信息采集模塊與動(dòng)力學(xué)仿真模型進(jìn)行連接。例如，上述的數(shù)字太陽敏感器模型，即是將動(dòng)力學(xué)仿真模型計(jì)算得到的數(shù)字太陽敏感器角度姿態(tài)數(shù)據(jù)送給敏感器模型，由敏感器模型轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)格式由信號(hào)源硬件模塊送衛(wèi)星敏感器。為保證動(dòng)力學(xué)仿真的實(shí)時(shí)性，動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)運(yùn)行基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的可搶占式內(nèi)核的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，程序被劃分為多個(gè)任務(wù)，由實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)各任務(wù)進(jìn)行調(diào)度運(yùn)行。一個(gè)仿真周期的任務(wù)由測(cè)試主任務(wù)和相應(yīng)的輔助任務(wù)組成，在規(guī)定的仿真周期內(nèi)輔助任務(wù)沒有完成則輔助任務(wù)應(yīng)被立即掛起，待主任務(wù)完成后繼續(xù)執(zhí)行輔助任務(wù)。主任務(wù)包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)信息采集任務(wù)、敏感器模型計(jì)算任務(wù)、動(dòng)力學(xué)仿真模型計(jì)算任務(wù)、數(shù)據(jù)庫操作任務(wù)，輔助任務(wù)主要包括與人機(jī)接口設(shè)備通訊、接收人機(jī)接口設(shè)備的控制指令、操作系統(tǒng)管理任務(wù)和空閑任務(wù)。按照測(cè)試對(duì)象的時(shí)序和優(yōu)先級(jí)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，對(duì)外提供良好的人機(jī)交互界面。
[0026]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種快速建立小衛(wèi)星控制測(cè)試系統(tǒng)的方法，其特征在于步驟如下: (1)將被測(cè)試小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的組成部件按照敏感器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類； (2)根據(jù)步驟(I)的分類，為敏感器建立上行信號(hào)源模塊，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)建立下行工作信息隔離和電平轉(zhuǎn)換模塊，為控制器建立下行狀態(tài)信息和上行控制信號(hào)隔離模塊； (3)根據(jù)步驟(I)分類的被測(cè)試小衛(wèi)星控制系統(tǒng)所需要的部件類型和數(shù)量，對(duì)步驟(2)建立的上行敏感器信號(hào)源模塊、下行執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作信息隔離和電平轉(zhuǎn)換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號(hào)隔離模塊進(jìn)行最大化數(shù)量配置； (4)將步驟(3)中配置的上行敏感器信號(hào)源模塊、下行執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作信息隔離和電平轉(zhuǎn)換模塊、下行狀態(tài)信息和上行控制信號(hào)隔離模塊的輸入、輸出信號(hào)按信號(hào)類型進(jìn)行分類，統(tǒng)計(jì)分類后的信號(hào)類型所對(duì)應(yīng)的輸入接口、輸出接口數(shù)量； (5)根據(jù)不同小衛(wèi)星控制系統(tǒng)的星地接口關(guān)系，利用與步驟(4)統(tǒng)計(jì)的輸入接口、輸出接口數(shù)量相匹配的星地接口適配器進(jìn)行輸入信號(hào)、輸出信號(hào)的連接； (6)將步驟(5)連接完成的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)與敏感器模型、執(zhí)行機(jī)構(gòu)信息采集模塊進(jìn)行連接，再將敏感器模型、執(zhí)行機(jī)構(gòu)信息采集模塊與動(dòng)力學(xué)仿真模型進(jìn)行連接，形成閉環(huán)，建立完成。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK103760898SQ201410048968
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月12日
【發(fā)明者】吳婧, 陸春玲, 常武軍, 孫誠, 朱隆晶 申請(qǐng)人:航天東方紅衛(wèi)星有限公司