[發明專利]編隊衛星姿態協同控制仿真裝置及其仿真驗證方法

無效

• 申請號: 201010199440.6
• 申請日: 2010-06-12
• 公開（公告）號: CN101833285A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 孫兆偉;葉東;張錦繡;蘭盛昌;李暉;陳雪芹;王峰;楊正賢;董曉光;刑雷;陳長春;劉源;鄔樹楠;楊明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張果瑞

技術領域

本發明涉及編隊衛星姿態協同控制仿真裝置及其仿真驗證方法，屬于航空航天領域。

背景技術

編隊飛行技術是航天器發展實現系統應用的創新手段，通常航天器編隊飛行是由物理上不相連的、共同實現同一空間任務的多個航天器構成的空間系統，是21世紀空間技術發展的必然。根據編隊衛星的任務需求，要求編隊衛星在整個任務周期內實現姿態高精度一致指向觀測目標，因此姿態協同控制技術成為衛星編隊一項重要技術。

衛星控制系統物理仿真是研制衛星過程中特有的一種仿真方法，它利用氣浮臺作為運動模擬器，也稱氣浮臺仿真。衛星控制系統物理仿真采用氣浮臺模擬衛星本體作為控制對象，控制系統采用衛星控制系統實物進行仿真。空間飛行器進行物理仿真時，就要在地面上利用氣浮來模擬失重或無阻力等重要的空間環境。

為減小新技術給高投入航天事業所帶來的風險，在實際的姿態協同控制算法實際應用之前，為驗證控制算法有效性，提高仿真的置信度，物理仿真驗證是必須進行的一個環節。同時由于國內編隊航天器系統的研究尚處于起步階段，同時物理仿真實驗存在仿真模擬設備復雜、開發資金過高等原因，國內編隊航天器系統仿真關鍵技術驗證大都采用數學仿真方式進行?，F有衛星姿態協同控制問題只能停留在數學仿真的層面上。

發明內容

本發明目的是為了解決現有衛星姿態協同控制問題只能停留在數學仿真的層面上的問題，提供了一種編隊衛星姿態協同控制仿真裝置及其仿真驗證方法。

本發明一種編隊衛星姿態協同控制仿真裝置由基礎平臺單元、n個氣浮轉臺系統、相機定位系統和地面控制單元組成，n≥2，其中：

基礎平臺單元，包括1個拋光鑄鐵平臺，拋光鑄鐵平臺用于承載n個氣浮轉臺系統；

氣浮轉臺系統，用于接收地面控制單元的控制指令，并根據所述控制指令完成仿真驗證，用于與地面控制單元之間通過無線網絡交互信息，還用于通過藍牙無線通信方式與其它氣浮轉臺系統進行交互信息，

氣浮轉臺系統包括1個氣浮轉臺，氣浮轉臺上配置有PC104仿真計算機、光纖陀螺和推力器，

PC104仿真計算機配置有n個藍牙模塊，所述n個藍牙模塊用于與照片處理計算機和其它氣浮轉臺系統之間的信息交互，

光纖陀螺用于測量氣浮轉臺的角度，

推力器由“十字形”對稱安裝的8個噴嘴構成。

相機定位系統，包括照片處理計算機和安裝在拋光鑄鐵平臺上空的寬視場的照相機，用于獲取任意時刻各氣浮轉臺系統的角度信息；

地面控制單元，由地面控制計算機和數據記錄計算機組成，用于完成用戶和氣浮轉臺系統之間的數據交換，還用于控制氣浮轉臺系統進行仿真驗證。

基于上述編隊衛星姿態協同控制仿真裝置進行的仿真驗證方法包括以下步驟：

步驟一：地面控制計算機根據姿態協同控制方案下達控制指令給相應的氣浮轉臺系統中的PC104仿真計算機，所述PC104仿真計算機根據接收的控制指令計算相應的控制力矩，

步驟二：所述PC104仿真計算機根據所述控制力矩為推力器設計合適的力矩分配方法，以產生的相應的控制力矩作用到氣浮轉臺上，使所述氣浮轉臺按設定的姿態協同控制方案進行仿真運動，

步驟三：照相機以每秒10幅的速度拍攝整個拋光鑄鐵平臺的照片，并把照片信息傳送給照片處理計算機；

步驟四：照片處理計算機根據所述照片信息獲取每個氣浮轉臺系統的角度信息，每個氣浮轉臺系統通過藍牙交互從照片處理計算機獲取其自身的角度信息；

步驟五：根據光纖陀螺獲取每個氣浮轉臺的角速度信息；

步驟六：每個氣浮轉臺系統將其自身的角度和角速度姿態信息通過藍牙交互給其它氣浮轉臺系統，使得每個氣浮轉臺系統知曉所有氣浮轉臺系統的姿態信息，以便使每個氣浮轉臺系統按姿態協同控制方案完成協同控制；

步驟七：地面控制計算機接收所有氣浮轉臺系統的姿態信息，并將其記錄在數據記錄計算機中，根據記錄結果驗證姿態協同控制方案仿真的正確性。

本發明的優點：本發明針對氣浮臺這一仿真環境，通過設計完整的硬件配置及信息鏈路，使用其可以來驗證姿態協同控制算法，解決了以往只能在數學仿真層面上來驗證姿態協同控制算法的問題，提高算法的置信度。使用者可以在不了解硬件配置的情況下就可用其來驗證姿態協同控制算法。

附圖說明

圖1是本發明方法流程圖，圖2是本發明裝置流程圖，圖3是氣浮轉臺上安裝8個噴嘴推力器的結構示意圖，圖4本發明裝置原理框圖。

具體實施方式