衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真開發(fā)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真開發(fā)裝置，包括兩臺無風扇工控機、兩臺無線路由器、數(shù)字管理計算機和三軸氣浮臺，三軸氣浮臺安裝在地基上，數(shù)字管理計算機、第一無風扇工控機和第一無線路由器安裝在三軸氣浮臺上，地面管理計算機、第二無風扇工控機和第二無線路由器安裝在地基上，無線傳輸通道接收臺下光電自準直儀、激光跟蹤儀的測角信息和臺上陀螺儀輸出的姿態(tài)角和角速度測量信息，進行模擬衛(wèi)星設(shè)備的聯(lián)合定姿，隨之在試驗過程中根據(jù)姿態(tài)設(shè)定的目標值，按照臺上第一無風扇工控機中的控制規(guī)律給出控制指令，進而驅(qū)動三軸氣浮臺的冷氣噴氣系統(tǒng)或飛輪系統(tǒng)進行模擬衛(wèi)星姿態(tài)閉環(huán)控制。本發(fā)明原理簡單、方便實用、降低了開發(fā)成本。
【專利說明】衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真開發(fā)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及仿真技術(shù)，具體涉及一種衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真開發(fā)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星技術(shù)在一個國家的政治、軍事、經(jīng)濟活動中具有無可替代的重要性，衛(wèi)星技術(shù)的提高體現(xiàn)在各種高技術(shù)含量衛(wèi)星型號的不斷更新?lián)Q代上，然而衛(wèi)星的研制過程具有工程實現(xiàn)復(fù)雜、周期長、費用昂貴等特點，因此在衛(wèi)星的研制過程中，需利用有效手段縮短衛(wèi)星的研制周期，降低總體研制成本，這便需要衛(wèi)星的仿真技術(shù)來提供支持。
[0003]目前，對衛(wèi)星控制系統(tǒng)的仿真主要分為三類:數(shù)學(xué)仿真、半物理仿真和全物理仿真。其中可信度最高、最具有說服力的是全物理仿真試驗。其核心設(shè)備是三軸氣浮臺，依靠壓縮空氣在氣浮軸承與軸承座之間形成的氣膜，使模擬臺體浮起，從而實現(xiàn)近似無摩擦的相對運動條件，以模擬衛(wèi)星在外層空間所受干擾力矩很小的力學(xué)環(huán)境。仿真實踐證明，基于氣浮臺的全物理仿真可以完全模擬衛(wèi)星在外層空間運動學(xué)和動力學(xué)特性，可有效驗證衛(wèi)星系統(tǒng)的部分方案設(shè)計或整個衛(wèi)星系統(tǒng)的正確性與可靠性，具有重要作用。
[0004]經(jīng)文獻檢索，劉慎釗在論文“衛(wèi)星控制系統(tǒng)仿真”(見《系統(tǒng)仿真學(xué)報》，1995年，第7卷2期，頁碼19-25)從理論上介紹了衛(wèi)星控制系統(tǒng)仿真在衛(wèi)星研制中的地位，并敘述了幾種衛(wèi)星地面仿真的方法、特點、作用及其基本設(shè)備，但并沒有給出具體的實施開發(fā)措施，難以工程應(yīng)用。
[0005]中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00910155796.7)名稱“小衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真裝置及方法”公開了一種小衛(wèi)星姿態(tài)控制地面仿真裝置及方法，主要用于滿足多種型號衛(wèi)星的半物理仿真需求，但該專利不適用與全物理仿真。
[0006]中國發(fā)明專利(申請?zhí)?01310547891.8)名稱“一種毫秒級衛(wèi)星姿態(tài)軌道控制實時測試方法”公開了一種毫秒級衛(wèi)星姿態(tài)軌道控制測試方法，解決了高性能姿軌控制系統(tǒng)衛(wèi)星對地面測試設(shè)備的實時性需求問題，但該方法基于Windows+RTX系統(tǒng)框架開發(fā)測試程序，編程技術(shù)水平要求高，開發(fā)周期長，不適合衛(wèi)星控制系統(tǒng)的快速原型開發(fā)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真開發(fā)裝置。本裝置原理簡單、操作方便、成本低、容易工程實現(xiàn)。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:一種衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真開發(fā)裝置，包括兩臺無風扇工控機、兩臺無線路由器、數(shù)字管理計算機和三軸氣浮臺，三軸氣浮臺安裝在地基上，三軸氣浮臺的臺下安裝有光電自準直儀、激光跟蹤儀，其臺上安裝有陀螺儀，數(shù)字管理計算機、第一無風扇工控機和第一無線路由器安裝在三軸氣浮臺上，地面管理計算機、第二無風扇工控機和第二無線路由器安裝在地基上，每臺無風扇工控機安裝有xPC啟動盤、MIL-STD-1553B卡、232/422串口卡和網(wǎng)卡；陀螺儀、數(shù)字管理計算機、第一無風扇工控機分別與第一無線路由器連接，光電自準直儀、激光跟蹤儀、地面管理計算機、第二無風扇工控機分別與第二無線路由器連接，第一無線路由器與第二無線路由器無線信號連接，第一無風扇工控機通過無線傳輸通道接收臺下光電自準直儀和激光跟蹤儀的測角信息以及臺上陀螺儀輸出的姿態(tài)角和角速度測量信息，進行模擬衛(wèi)星設(shè)備的聯(lián)合定姿，隨之在試驗過程中根據(jù)姿態(tài)設(shè)定的目標值，按照臺上第一無風扇工控機中的控制規(guī)律給出控制指令，進而驅(qū)動三軸氣浮臺的冷氣噴氣系統(tǒng)或飛輪系統(tǒng)進行模擬衛(wèi)星姿態(tài)閉環(huán)控制；臺上運行數(shù)據(jù)將通過無線傳輸通道送至臺下第二無風扇工控機，臺下第二無風扇工控機完成數(shù)據(jù)保存、顯示及數(shù)據(jù)處理功能。
[0009]本發(fā)明還具有如下技術(shù)特征:衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真控制程序利用MathWorks公司提供的基于RTW體系的xPC Target實時控制系統(tǒng),采用Simulink模塊、Stateflow模型和M文件編寫程序接收并處理臺下光電自準直儀、激光跟蹤儀的測角信息和臺上陀螺儀輸出的姿態(tài)角和角速度測量信息；編寫斜開關(guān)線噴氣控制算法，利用232/422串口卡讀寫模塊發(fā)送控制指令給三軸氣浮臺的噴氣線路盒，進行控制噴氣裝置完成模擬衛(wèi)星姿態(tài)閉環(huán)控制。
[0010]本發(fā)明衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真開發(fā)裝置可實現(xiàn)基于xPC Target的系統(tǒng)快速控制原型開發(fā)，具有很強的靈活性；控制程序無需修改可直接下載運行，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，便于擴展；具有良好的信息管理機制，利用MIL-STD-1553B卡收集臺上數(shù)管仿真數(shù)據(jù)，將打包數(shù)據(jù)通過無線中繼通道傳輸?shù)脚_下無風扇工控機存儲顯示。本裝置原理簡單、方便實用、便于工程實施，極大的縮減了衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真裝置的開發(fā)時間，降低了開發(fā)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真開發(fā)裝置控制框圖；
[0012]圖2為本發(fā)明衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真開發(fā)裝置硬件架構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進一步說明。
[0014]實施例1
[0015]結(jié)合圖1-圖2，本發(fā)明衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真開發(fā)裝置，包括臺上無風扇工控機
1、臺下無風扇工控機8、臺上xPC啟動盤2、臺下xPC啟動盤14、臺上無線路由器3、臺下無線路由器4、臺上MIL-STD-1553B卡5、臺下MIL-STD-1553B卡11、臺上232/422串口卡7、臺下232/422串口卡13、臺上網(wǎng)卡6、臺下網(wǎng)卡12、地面管理計算機9、臺上數(shù)字管理計算機10、電纜和配套軟件；三軸氣浮臺的臺下安裝有光電自準直儀、激光跟蹤儀，其臺上安裝有陀螺儀，無風扇工控機有兩組，需分別固定放置在三軸氣浮臺臺上、臺下，并與兩組分別安裝在三軸氣浮臺臺上、臺下的無線路由器通過網(wǎng)線連接；臺上MIL-STD-1553B卡5、臺上232/422串口卡7、臺上網(wǎng)卡6安裝在臺上無風扇工控機I的PCI插槽中；臺下MIL-STD-1553B卡
I1、臺下232/422串口卡13、臺下網(wǎng)卡12安裝在臺下無風扇工控機8的PCI插槽中；臺上無風扇工控機I連接臺上xPC啟動盤2、臺上無線路由器3、臺上MIL-STD-1553B卡5、臺上網(wǎng)卡6、臺上232/422串口卡7、臺上數(shù)字管理計算機10，臺上無線路由器3無線中繼連接臺下無線路由器4、臺下無風扇工控機8連接臺下無線路由器4、地面管理計算機9、臺下MIL-STD-1553B卡11、臺下網(wǎng)卡12、臺下232/422串口卡13、臺下xPC啟動盤14。本發(fā)明衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真開發(fā)裝置是基于xPC的快速原型開發(fā)；控制程序無需修改可直接下載運行，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，便于擴展；具有良好的信息管理機制，利用MIL-STD-1553B卡收集臺上數(shù)管仿真數(shù)據(jù)，將打包數(shù)據(jù)通過無線傳輸通道傳輸?shù)脚_下無風扇工控機存儲顯示。本裝置原理簡單、方便實用、便于工程實施，極大的縮減了衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真裝置的開發(fā)時間，降低了開發(fā)成本。
[0016]實施例2
[0017]運行本發(fā)明的衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真開發(fā)裝置的步驟如下:
[0018]步驟一:分別啟動臺上、臺下無風扇工控機，臺上、臺下無線路由器等設(shè)備，打開三軸氣浮臺臺上、臺下指令數(shù)據(jù)無線傳輸通路；
[0019]步驟二:編輯衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真控制程序，下載到臺上無風扇工控機、臺下無風扇工控機；
[0020]步驟三:啟動衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真控制程序，地面仿真模擬衛(wèi)星控制系統(tǒng)，完成運行數(shù)據(jù)的存儲、顯示以及分析處理。
[0021]實施例3
[0022]結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明的工作原理是這樣的:首先假定臺上、臺下無線傳輸通道已經(jīng)打開，各單體設(shè)備、有效載荷已正確安裝。臺上無風扇工控機通過無線傳輸通道接收臺下光電自準直儀、激光跟蹤儀的測角信息以及臺上陀螺輸出的姿態(tài)角和角速度信息，進行衛(wèi)星等設(shè)備的聯(lián)合定姿，隨之在試驗過程中根據(jù)姿態(tài)設(shè)定的目標值，按照臺上無風扇工控機中的控制規(guī)律給出控制指令，進而驅(qū)動冷氣噴氣系統(tǒng)或飛輪系統(tǒng)進行衛(wèi)星姿態(tài)閉環(huán)控制。在試驗過程中，臺上運行數(shù)據(jù)將通過無線傳輸通道送至臺下無風扇工控機，臺下無風扇工控機可完成數(shù)據(jù)保存、顯示及數(shù)據(jù)處理等功能。
[0023]實施例4
[0024]由于三軸氣浮臺在進行全物理仿真試驗時不能用電纜連接臺上、臺下的設(shè)備，因此臺上、臺下的信息交流均需采用無線通信。結(jié)合圖1、圖2，打開臺上、臺下指令數(shù)據(jù)無線傳輸通路的方法:首先需按照無線路由器中繼功能設(shè)置規(guī)則，將臺上無線路由器設(shè)置為無線基站(AP)模式，臺下無線路由器設(shè)置為無線中繼模式，使得臺下無線路由器在臺下與臺上無線路由器中繼，然后用網(wǎng)線連接無風扇工控機與對應(yīng)無線路由器的LAN 口，即成功打開了臺上、臺下信息無線傳輸通道，用于仿真試驗時臺上、臺下信息的交互；同時，臺上、臺下無線路由器仍具有無線路由功能，既可用于臺下xPC宿主機上傳注入程序指令到臺上無風扇工控機、臺下無風扇工控機，控制臺上、臺下無風扇工控機的啟停等功能；也可用于其它地面管理計算機通過無線路由功能發(fā)送控制指令到臺上管理設(shè)備，保證衛(wèi)星地面仿真試驗的順利實施；該無線傳輸通路在保證臺上、臺下信息實時通訊的基礎(chǔ)上，仍可根據(jù)實際任務(wù)需求任意更改數(shù)據(jù)通信協(xié)議，使得信息無線傳輸達到最佳性能。
[0025]實施例5
[0026]結(jié)合圖1、圖2，以噴氣控制為例，利用MathWorks公司提供的基于RTW體系的xPCTarget實時控制系統(tǒng),采用Simulink模塊、Stateflow模型、M文件編寫程序接收并處理陀螺、光管、激光跟蹤儀等測量設(shè)備的姿態(tài)角和角速度測量信息；按照圖1所示控制思想，編寫斜開關(guān)線噴氣控制算法(實際設(shè)計時不限于此算法)，利用232/422串口卡讀寫模塊發(fā)送控制指令給噴氣線路盒，進行控制噴氣裝置完成衛(wèi)星姿態(tài)閉環(huán)控制；利用UDP模塊和Ethernet模塊搭建數(shù)據(jù)無線傳輸子程序，將臺下無風扇工控機的控制指令無線上傳到臺上無風扇工控機，將仿真運行過程中的臺上運行數(shù)據(jù)通過無線傳輸通道下傳到臺下無風扇工控機。衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真控制程序開發(fā)完成后，可用Real-Time Workshop和StateflowCoder自動生成代碼，下載到對應(yīng)的無風扇工控機，用于完成期望的衛(wèi)星控制地面仿真任務(wù)。
[0027]實施例6
[0028]程序運行過程中，臺上無風扇工控機可將實時運行數(shù)據(jù)、MIL-STD-1553B卡收集的數(shù)管、有效載荷等發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過無線傳輸通道下傳到臺下無風扇工控機，完成數(shù)據(jù)的保存、顯示等功能，同時臺下無風扇工控機也可通過MIL-STD-1553B卡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婀芾碛嬎銠C等其他子系統(tǒng)，用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理為衛(wèi)星控制系統(tǒng)開發(fā)提供參考依據(jù)。
【權(quán)利要求】
1.一種衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真開發(fā)裝置，包括兩臺無風扇工控機、兩臺無線路由器、數(shù)字管理計算機和三軸氣浮臺，三軸氣浮臺安裝在地基上，三軸氣浮臺的臺下安裝有光電自準直儀、激光跟蹤儀，其臺上安裝有陀螺儀，其特征在于:數(shù)字管理計算機、第一無風扇工控機和第一無線路由器安裝在三軸氣浮臺上，地面管理計算機、第二無風扇工控機和第二無線路由器安裝在地基上，每臺無風扇工控機安裝有XPC啟動盤、MIL-STD-1553B卡、232/422串口卡和網(wǎng)卡；陀螺儀、數(shù)字管理計算機、第一無風扇工控機分別與第一無線路由器連接，光電自準直儀、激光跟蹤儀、地面管理計算機、第二無風扇工控機分別與第二無線路由器連接，第一無線路由器與第二無線路由器無線信號連接，第一無風扇工控機通過無線傳輸通道接收臺下光電自準直儀和激光跟蹤儀的測角信息以及臺上陀螺儀輸出的姿態(tài)角和角速度測量信息，進行模擬衛(wèi)星設(shè)備的聯(lián)合定姿，隨之在試驗過程中根據(jù)姿態(tài)設(shè)定的目標值，按照臺上第一無風扇工控機中的控制規(guī)律給出控制指令，進而驅(qū)動三軸氣浮臺的冷氣噴氣系統(tǒng)或飛輪系統(tǒng)進行模擬衛(wèi)星姿態(tài)閉環(huán)控制；臺上運行數(shù)據(jù)將通過無線傳輸通道送至臺下第二無風扇工控機，臺下第二無風扇工控機完成數(shù)據(jù)保存、顯示及數(shù)據(jù)處理功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真開發(fā)裝置，其特征在于:衛(wèi)星控制系統(tǒng)地面仿真控制程序利用MathWorks公司提供的基于RTW體系的xPC Target實時控制系統(tǒng)，采用Simulink模塊、Stateflow模型和M文件編寫程序接收并處理臺下光電自準直儀、激光跟蹤儀的測角信息和臺上陀螺儀輸出的姿態(tài)角和角速度測量信息；編寫斜開關(guān)線噴氣控制算法，利用232/422串口卡讀寫模塊發(fā)送控制指令給三軸氣浮臺的噴氣線路盒，進行控制噴氣裝置完成模擬衛(wèi)星姿態(tài)閉環(huán)控制。
【文檔編號】G05B17/02GK104199312SQ201410456191
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】王新波, 夏紅偉, 馬廣程, 王常虹, 馬長波 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)