[發明專利]微小衛星編隊系統的仿真驗證平臺及實現方法

有效

• 申請號: 201310009904.6
• 申請日: 2013-01-08
• 公開（公告）號: CN103092212A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 宗群;李慶鑫;余化楓;程燕勝;曲照偉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05B17/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種航空航天領域的控制方法仿真與驗證。特別是涉及一種微小衛星編隊系統的仿真驗證平臺及實現方法。

背景技術

空間環境已經成為與人類發展息息相關除陸?？盏牡谒沫h境，相較于傳統的單顆衛星而言，多衛星以其具有的在軌冗余性、穩健性、可靠性和抗毀性等特點倍受人們的關注，有助于提高空間的探測能力，保證我國有效和平利用空間，成為許多航天任務的首選方案。衛星編隊飛行能夠簡化空間探測任務，擴大觀測域，同時通過系統重構及時地清除損壞個體，還可以根據任務的變更替換系統中的衛星載荷，提高衛星系統對任務的適應性。由此，一個由微小衛星組成的編隊飛行系統就可以完成天基的任務更換，從而可以以極短的周期、極低的成本和極高的可靠性來完成新舊任務的更替。目前國內衛星編隊控制系統的研究仍處于起步階段。并且相關的控制方案和算法缺少實際的分析環境，而實物環境在科研初期需要投入大量風險成本，因此搭建一個衛星編隊仿真驗證環境對衛星編隊系統的理論研究和方法驗證是十分重要的。

衛星編隊控制系統不同于普通航天飛行器，其系統的功能是由多個航天器互相協同完成，因此存在著復雜的信息交互。這對衛星位置姿態控制及衛星任務管理、調度控制提出了新的要求?；趩我活I域仿真模型集成的方法不利于系統的擴展,集成后系統仿真結果置信度低;基于統一建模語言方法需要對已有模型重新用數學方程描述,無法充分利用已有研究成果,并且有些模型無法用方程描述;基于異構仿真環境可以實現仿真系統靈活構建,有效提高仿真效率,集成現有研究成果;基于分布式建模與仿真方案具有一定的靈活性、可擴展性,減少網絡數據冗余,最大限度保證數據一致性,并可將真實仿真、虛擬仿真等集成到統一的仿真環境中。

微小衛星仿真平臺采用計算機實時仿真和嵌入式軟硬件技術實現衛星編隊的控制方法仿真與驗證，其最大的特色在于仿真模型可以快速高效的移植到平臺上，符合微小衛星仿真的應用需求和發展趨勢。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠支持多微小衛星系統從編隊控制系統設計到實時仿真測試的微小衛星編隊系統的仿真驗證平臺及實現方法。

本發明所采用的技術方案是：一種微小衛星編隊系統的仿真驗證平臺及實現方法，微小衛星編隊系統的仿真驗證平臺，包括：用于下載仿真模型和進行仿真數據監控的仿真與驗證主控平臺、仿真主星、多個仿真從星和與多個仿真從星相對應的多個衛星控制器，其中，所述的仿真主星和多個仿真從星通過以太網與仿真與驗證主控平臺進行通信，所述的仿真主星與多個衛星控制器通過無線Wifi通信，所述的多個仿真從星與多個衛星控制器一一對應的通過RS232接口相連接。

所述的衛星控制器包括有主控制器，與主控制器通過RS232串口相連的Wifi無線通信模塊，與主控制器相連的輔控制器以及分別向主控制器和輔控制器提供電源的電源模塊，其中主控制器通過Wifi無線通信模塊與所述的仿真主星進行通信，所述的輔控制器的輸出通過RS232串口連接所對應的衛星控制器。

所述的輔控制器包括有FPGA輔控制器，分別與FPGA輔控制器相連的由3片SN74ALVC164245芯片組成電壓匹配電路和由ADUM1400芯片構成的電壓隔離電路，其中，所述的3片SN74ALVC164245芯片分別對應的通過控制線、數據線和地址線連接主控制器，所述的ADUM1400芯片通過RS232串口連接所對應的衛星控制器。

一種用于微小衛星編隊系統的仿真驗證平臺的運行方法，通過仿真與驗證主控平臺啟動仿真進程，提供編隊任務的初始化條件，構建主從結構的實時仿真環境；仿真主星運行編隊控制軟件，通過無線通訊方式發送控制指令到控制器，控制器經過仿真計算通過串口發送控制信號給仿真從星，仿真從星模擬衛星動力學模型和環境模型，提供衛星的狀態信息，與衛星控制器形成控制閉環，仿真數據回傳到仿真與驗證主控平臺上，通過數據庫，進行統一的管理和分析；

其中，所述的仿真與驗證主控平臺的運行方法包括如下步驟：

1）建立仿真與驗證主控平臺與仿真主星和仿真從星的連接，并下載實時仿真程序；

2）初始化設置；

3）啟動實時仿真；

4）判斷是否發布新任務，是則進入下一步驟，否則進入步驟6）；

5）發布編隊任務至仿真主星；

6）進行仿真監控，并判斷仿真是否結束，是則進入下一步驟，否則返回步驟4）；

7）斷開仿真與驗證主控平臺與仿真主星和仿真從星的連接；

8）進行仿真數據管理；

所述的衛星控制器的運行方法包括如下步驟：