本發(fā)明涉及控制仿真，特別涉及一種在軌航天器的控制系統(tǒng)仿真方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、航天器在軌運行控制系統(tǒng)的地面仿真主要用于系統(tǒng)調(diào)試、測試驗證、問題復(fù)現(xiàn)等。相較于物理的測試系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)具有操作簡便、運行快捷的優(yōu)點。整個仿真系統(tǒng)可運行在一臺或若干臺高性能的pc機上，可以用于模擬各種敏感器、gnc控制器、執(zhí)行器等的動作。然而，現(xiàn)有仿真方法不能合理設(shè)置仿真系統(tǒng)的初始參數(shù)，如初始條件和仿真輸入等，導(dǎo)致仿真結(jié)果與實際在軌狀態(tài)不一致，影響仿真驗證的準(zhǔn)確性。

2、因此，目前亟待需要一種在軌航天器的控制系統(tǒng)仿真方法及系統(tǒng)來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種在軌航天器的控制系統(tǒng)仿真方法及系統(tǒng)，可以提高仿真系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。技術(shù)方案如下：

2、一方面，提供了一種在軌航天器的控制系統(tǒng)仿真方法，應(yīng)用于在軌航天器控制系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)的上位機中，所述仿真系統(tǒng)包括敏感器模擬單元、gnc控制器模擬單元、執(zhí)行器模擬單元、動力學(xué)模型和遙測數(shù)據(jù)存儲單元；所述敏感器模擬單元、所述gnc控制器模擬單元、所述執(zhí)行器模擬單元和動力學(xué)模型之間依次連接，所述遙測數(shù)據(jù)存儲單元與所述gnc控制器模擬單元連接；所述敏感器模擬單元用于基于所述動力學(xué)模型輸出的激勵信息輸出航天器的測量狀態(tài)；所述遙測數(shù)據(jù)存儲單元用于接收和存儲在軌航天器的真實遙測數(shù)據(jù)；所述gnc控制器模擬單元用于基于所述測量狀態(tài)或所述遙測數(shù)據(jù)發(fā)出控制指令；所述執(zhí)行器模擬單元用于基于所述控制指令計算力學(xué)信息；所述動力學(xué)模型用于基于所述力學(xué)信息輸出激勵信息；

3、所述方法包括：

4、針對第一個控制周期，所述gnc控制器模擬單元基于所述遙測數(shù)據(jù)存儲單元中預(yù)設(shè)時刻的遙測數(shù)據(jù)構(gòu)建所述仿真系統(tǒng)的初始參數(shù)，并基于所述初始參數(shù)進行該控制周期的仿真計算；所述初始參數(shù)包括初始條件和初始仿真輸入；

5、針對其它控制周期，均執(zhí)行：

6、判斷是否采用所述遙測數(shù)據(jù)存儲單元中存儲的遙測數(shù)據(jù)參與該控制周期的仿真計算；若是，則所述gnc控制器模擬單元調(diào)取相應(yīng)時刻的遙測數(shù)據(jù)，并基于調(diào)取到的遙測數(shù)據(jù)進行該控制周期的仿真計算；若否，則基于所述敏感器模擬單元輸出的測量狀態(tài)進行該控制周期的仿真計算。

7、在一種可能的設(shè)計中，所述gnc控制器模擬單元內(nèi)存儲有遙測數(shù)據(jù)逆向賦值函數(shù)；所述逆向賦值函數(shù)用于對所述遙測數(shù)據(jù)進行解包賦值，并基于解包賦值后的數(shù)據(jù)確定所述gnc控制器模擬單元的軟件變量；工作時，所述gnc控制器模擬單元基于所述軟件變量計算航天器控制量，并根據(jù)所述控制量發(fā)出控制指令。

8、在一種可能的設(shè)計中，所述gnc控制器模擬單元基于所述遙測數(shù)據(jù)存儲單元中預(yù)設(shè)時刻的遙測數(shù)據(jù)構(gòu)建所述仿真系統(tǒng)的初始參數(shù)，包括：

9、基于所述gnc控制器模擬單元從所述遙測數(shù)據(jù)存儲單元中調(diào)取預(yù)設(shè)時刻的遙測數(shù)據(jù)；

10、基于所述逆向賦值函數(shù)對調(diào)取的遙測數(shù)據(jù)進行解包賦值；

11、基于解包賦值后的數(shù)據(jù)確定所述仿真系統(tǒng)的初始參數(shù)。

12、在一種可能的設(shè)計中，所述基于所述初始參數(shù)進行該控制周期的仿真計算，包括：

13、基于所述初始參數(shù)，利用所述遙測數(shù)據(jù)逆向賦值函數(shù)確定所述gnc控制器模擬單元的軟件變量；基于所述軟件變量，利用所述gnc控制器模擬單元計算航天器控制量，并根據(jù)所述控制量發(fā)出控制指令；

14、基于所述控制指令，利用所述執(zhí)行器模擬單元輸出該控制周期的力學(xué)信息；

15、基于該力學(xué)信息，利用所述動力學(xué)模擬單元輸出該控制周期的激勵信息；

16、基于該激勵信息，利用所述敏感器模擬單元輸出該下一制周期的測量狀態(tài)。

17、在一種可能的設(shè)計中，判斷是否采用所述遙測數(shù)據(jù)存儲單元中存儲的遙測數(shù)據(jù)參與某一控制周期的仿真計算的標(biāo)準(zhǔn)為：

18、該控制周期中對應(yīng)的遙測數(shù)據(jù)和所述敏感器模擬單元輸出的測量狀態(tài)之間的差異是否超過預(yù)設(shè)值，若是，則采用遙測數(shù)據(jù)參與該控制周期的仿真計算，反之，則采用所述敏感器模擬單元輸出的測量狀態(tài)進行該控制周期的仿真計算。

19、在一種可能的設(shè)計中，判斷是否采用所述遙測數(shù)據(jù)存儲單元中存儲的遙測數(shù)據(jù)參與某一控制周期的仿真計算的標(biāo)準(zhǔn)為：

20、連續(xù)基于所述敏感器模擬單元輸出的測量狀態(tài)進行仿真計算的次數(shù)是否超過預(yù)設(shè)次數(shù)，若是，則采用遙測數(shù)據(jù)參與該控制周期的仿真計算，反之，則采用所述敏感器模擬單元輸出的測量狀態(tài)進行該控制周期的仿真計算。

21、在一種可能的設(shè)計中，基于調(diào)取到的遙測數(shù)據(jù)進行該控制周期的仿真計算，包括：

22、基于所述逆向賦值函數(shù)對調(diào)取到的遙測數(shù)據(jù)進行解包賦值，得到解包賦值后的數(shù)據(jù)；

23、基于解包賦值后的數(shù)據(jù)，利用所述遙測數(shù)據(jù)逆向賦值函數(shù)確定所述gnc控制器模擬單元的軟件變量；基于所述軟件變量，利用所述gnc控制器模擬單元計算航天器控制量，并根據(jù)所述控制量發(fā)出控制指令；

24、基于所述控制指令，利用所述執(zhí)行器模擬單元輸出該控制周期的力學(xué)信息；

25、基于該力學(xué)信息，利用所述動力學(xué)模擬單元輸出該控制周期的激勵信息；

26、基于該激勵信息，利用所述敏感器模擬單元輸出下一控制周期的測量狀態(tài)。

27、在一種可能的設(shè)計中，基于所述敏感器模擬單元輸出的測量狀態(tài)進行該控制周期的仿真計算，包括：

28、基于所述測量狀態(tài)，利用所述gnc控制器模擬單元計算航天器控制量，并根據(jù)所述控制量發(fā)出控制指令；

29、基于所述控制指令，利用所述執(zhí)行器模擬單元輸出該控制周期的力學(xué)信息；

30、基于該力學(xué)信息，利用所述動力學(xué)模擬單元輸出該控制周期的激勵信息；

31、基于該激勵信息，利用所述敏感器模擬單元輸出下一控制周期的測量狀態(tài)。

32、另一方面，提供了一種在軌航天器控制系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)，包括：敏感器模擬單元、gnc控制器模擬單元、執(zhí)行器模擬單元、動力學(xué)模型和遙測數(shù)據(jù)存儲單元；

33、所述敏感器模擬單元用于基于所述動力學(xué)模型輸出的激勵信息輸出航天器的測量狀態(tài)，并將測量狀態(tài)發(fā)送給所述gnc控制器模擬單元；

34、所述遙測數(shù)據(jù)存儲單元用于接收和存儲在軌航天器的真實遙測數(shù)據(jù)，并將接收到的遙測數(shù)據(jù)發(fā)送給所述gnc控制器模擬單元；

35、所述gnc控制器模擬單元用于基于所述測量狀態(tài)或所述遙測數(shù)據(jù)發(fā)出控制指令，并將所述控制指令發(fā)送給所述執(zhí)行器模擬單元；

36、所述執(zhí)行器模擬單元用于基于所述控制指令計算力學(xué)信息，并將計算出的力學(xué)信息發(fā)送至所述動力學(xué)模型；

37、所述動力學(xué)模型用于基于所述力學(xué)信息輸出激勵信息，并將所述激勵信息發(fā)送至所述敏感器模擬單元。

38、在一種可能的設(shè)計中，所述gnc控制器模擬單元內(nèi)存儲有遙測數(shù)據(jù)逆向賦值函數(shù)，所述逆向賦值函數(shù)用于對所述遙測數(shù)據(jù)進行解包賦值，并基于解包賦值后的數(shù)據(jù)確定所述gnc控制器模擬單元的軟件變量；工作時，所述gnc控制器模擬單元基于所述軟件變量計算航天器控制量，并根據(jù)所述控制量發(fā)出控制指令。

39、本發(fā)明實施例提供了一種在軌航天器的控制系統(tǒng)仿真方法，仿真系統(tǒng)通過設(shè)置遙測數(shù)據(jù)存儲單元，可以接收和存儲在軌航天器的真實遙測數(shù)據(jù)。在進行地面仿真的初始階段，如第一個控制周期，可以調(diào)取遙測數(shù)據(jù)存儲單元中預(yù)設(shè)時刻的遙測數(shù)據(jù)，由于遙測數(shù)據(jù)來自于真實在軌飛行的航天器數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確表征航天器的真實狀態(tài)。因此，基于遙測數(shù)據(jù)構(gòu)建仿真系統(tǒng)的初始參數(shù)，并基于仿真參數(shù)進行仿真計算，可以使初始參數(shù)與在軌狀態(tài)一致，提高初始參數(shù)的準(zhǔn)確性。另外，在仿真的部分控制周期基于遙測數(shù)據(jù)進行仿真計算，可以對仿真系統(tǒng)進行不斷修正，從而進一步保證仿真系統(tǒng)與真實在軌控制系統(tǒng)狀態(tài)的一致性，提高地面仿真系統(tǒng)驗證的準(zhǔn)確性。