[發明專利]一種對日定向控制的半物理仿真測試系統

在審

• 申請號: 201410676533.1
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN105676671A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 陳浩;桑小沖;盧翔;艾奇;柳明旻;黃海軍
• 申請（專利權）人: 上海新躍儀表廠
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02;G05B23/02;B64G7/00
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 馮和純

一種對日定向控制的半物理仿真測試系統，包括星載計算機系統，陀螺，紅外地平儀，星敏感器，三軸磁強計，執行機構和目標模擬器，所述目標模擬器模擬空間環境，所述運動模擬器模擬飛行器的姿態運動，所述星載計算機系統根據各測量單機獲得的測量數據進行姿態和控制量的解算，并輸出給所述執行機構，還包括太陽敏感器等效器，動態地磁場模擬器，目標模擬器，運動模擬器，PXI采集控制計算機，動力學仿真機，數據分發單元，遙測遙控遙注機、數據庫、顯示終端、CAN總線網絡和光纖反射內存網。本發明解決現有技術中無法對飛行器姿態異常翻滾情況下對日定向控制的地面仿真驗證的問題，具有提高測試真實性和有效性的有益效果。

技術領域

本發明屬于飛行器姿軌控系統地面仿真試驗與測試技術領域，具體地說是一種對日定向控制的半物理仿真測試系統。

背景技術

飛行器入軌完成太陽帆板展開并對太陽捕獲，以及飛行器太陽帆板長期對日定向控制，是確保飛行器在軌所需能源供應和任務實現的根本保證。尤其是在飛行器姿態異常導致太陽帆板不能正常對日定向情況下，如果長時間無法對日定向，導致飛行由于能源不足而不能完成預定在軌任務，甚至是飛行器壽命的終結。因此，通常飛行器姿軌控系統都會為飛行器姿態異常設計相應的應急預案，以解決飛行器太陽帆板不能正常對日定向的情況，并且必須在地面進行充分的仿真測試以驗證應急預案的有效性。

目前飛行器或衛星對日定向控制的地面仿真驗證通常有三種方式：數學仿真方式、半物理仿真方式和全物理仿真方式。

數學仿真方式是采用全數學建模，分別建立飛行器動力學和運動學模型、測量單機模型、控制器模型、執行機構模型、以及空間環境模型等，通過非硬件在環的方式實現姿軌控系統的姿態控制和對日定向控制的地面仿真驗證。

半物理仿真方式如圖1所示，為了有效驗證衛星姿態控制系統的性能,將整個衛星姿態控制系統(包括敏感器,控制器和執行機構等)接入回路進行試驗。其中飛行器姿態動力學采用數學模型模擬，飛行器姿態運動采用運動模擬器（三軸轉臺）模擬，敏感器(例如太陽敏感器,地球敏感器,星敏感器等)安裝在與運動模擬器(轉臺)內軸固連的平臺上,轉臺運動使敏感器獲得相應的輸出，同時根據敏感器的特性配備相應的目標模擬器(太陽模擬器,地球模擬器,星模擬器)。在對日定向控制仿真驗證中，通過太陽模擬器模擬太陽光譜和太陽輻照，并通過運動機構模擬飛行器和太陽矢量之間的相對關系。由于受運動機構的限制，無法模擬任意方向的入射太陽矢量，因此也無法實現任意姿態下飛行器對日定向控制的地面仿真驗證。

全物理仿真方式是在半物理仿真的基礎上，飛行器姿態動力學采用三軸氣浮臺進行物理模擬，并且將控制器、執行機構和部分測量敏感器（如陀螺、地平儀、太陽敏感器等）也放在三軸氣浮臺上進行硬件在環的全物理仿真試驗。這種仿真方式模擬的真實度和有效性最好，但仿真環境建造復雜，代價昂貴，需要專業的操作人員進行設備操作，并且受氣浮臺上供電和供氣的限制，不能長時間開展仿真驗證。同時，每次試驗前都需要大量的準備工作，不便于試驗的開展。特別是受氣浮臺運動范圍和速度的限制，無法進行飛行器姿態異常翻滾情況下對日定向控制的地面仿真驗證。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足和缺陷，以滿足飛行器初始入軌的太陽捕獲和飛行器任意異常姿態下的太陽帆板重新對日定向控制的仿真測試，本發明提出了一種任意姿態下飛行器對日定向控制的半物理仿真測試系統。

本發明的技術解決方案是：一種任意姿態下飛行器對日定向控制的半物理仿真測試系統，包括太陽敏感器等效器、地磁場模擬器、地球模擬器、星模擬器、運動模擬器、PXI采集控制計算機、動力學仿真機、數據分發單元、遙測遙控遙注機、數據庫、顯示終端、CAN總線電纜網、光纖反射內存網和TCP/IP網絡，其特征在于太陽敏感器等效器采用壓控電流源模擬飛行器各種姿態下太陽敏感器受太陽輻照的狀態，采用動態地磁場模擬生成飛行器在軌磁場，采用CAN總線網絡實現星地遙測、遙控和遙注信息交互，采用光纖反射內存網實現閉環仿真測試系統各目標模擬器和地面設備之間的分布式實時仿真和時間同步。