[發明專利]一種臨近空間浮空器半物理仿真系統、航電系統測試與飛控半物理仿真方法及地面操縱方法

有效

• 申請號: 201611252140.3
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106855693B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 趙磊
• 申請（專利權）人: 北京天恒長鷹科技股份有限公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 郎志濤

本發明涉及基于模塊化設計的臨近空間浮空器半物理仿真系統，其中，該系統包括機載計算機、仿真計算機、執行機構、采集系統、鏈路系統、地面測控站、調試分線盒。另外，本發明還涉及一種臨近空間浮空器航電系統測試與飛控半物理仿真方法和一種臨近空間浮空器地面操縱方法。本發明實現了(1)臨近空間浮空器半物理仿真；(2)半物理仿真平臺的重復利用；(3)航電系統的地面驗證試驗；(4)地面飛行操縱，進而解決現有技術中存在的臨近空間浮空器半物理仿真實時性和同步性、有效提高了臨近空間浮空器的仿真效果。

技術領域

本發明涉及一種基于模塊化設計的臨近空間浮空器半物理系統、航電系統測試與飛控半物理仿真方法與地面操縱方法，適用于不同構型臨近空間浮空器的半物理仿真、航電系統集成測試和操縱訓練，屬于計算機仿真技術及應用領域。

背景技術

臨近空間一般指距地面20～100km，即普通航空器飛行空間與衛星軌道空間之間的空域。臨近空間浮空器是指能夠飛行在臨近空間執行特定任務的浮空器，既能比衛星提供更多更精確的信息(相對于某一特定區域)，并節省使用衛星的費用，又能比通常的航空器減少遭地面敵人攻擊的機會。

臨近空間浮空器高空試飛試驗周期長，成本高，重復利用率低，從而對臨近空間浮空器高空試飛進行仿真試驗是降低試驗周期和成本的主要手段，其中數值仿真可以進行原理性驗證，無法結合實際設備物理特性進行研究。因次，進行半物理仿真試驗是必不可少的。尤其，在其即將進入產品化的現階段，需要進行大量的半物理仿真試驗來縮短研制周期。

目前，世界眾多已進入在軌驗證階段或研究的航天部門均非常重視關鍵技術的地面驗證工作，建立了全物理/半物理仿真平臺，以此降低系統研制風險。在現有系統方案基礎上，基于半物理仿真平臺搭建航電系統設備測試平臺與人員訓練平臺，可用于驗證真實系統的可靠性和培訓地面操控人員。上述平臺可提供一種航電系統集成測試方案與操控訓練方案，極大提高高空飛行試驗的成功率。但是，臨近空間浮空器布局方案的多樣化與其自身建模的不確定性，增加了其半物理飛行控制仿真試驗的難度。因此，如何構建簡潔可靠、可重復利用的臨近空間浮空器飛行平臺半物理飛仿真系統是臨近空間浮空器的關鍵技術之一。

發明內容

本發明為了克服現有技術的不足，提出了基于模塊化設計的臨近空間浮空器半物理仿真系統、方法與地面操縱方法，解決了以下技術問題：(1)臨近空間浮空器半物理仿真；(2)半物理仿真平臺的重復利用；(3)航電系統的地面驗證試驗；(4)地面的飛行操縱。

本發明提供一種基于模塊化設計的臨近空間浮空器半物理仿真系統，包括：機載計算機、仿真計算機、執行機構、采集系統、鏈路系統、地面測控站、調試分線盒，其特征在于：

機載計算機，包括飛行管理計算機、飛行控制計算機和采集計算機，實現機載數據采集、機載數據處理、飛行控制及安全控制；機載計算機內運行與其實際工作時的機載程序；

仿真計算機，其采用高計算能力工作站，運行模擬臨近空間浮空器飛行的仿真程序；仿真計算機與機載計算機之間通過串口進行通信，仿真計算機接收來自機載計算機解算出的作動機構控制量，通過仿真計算得到下一時刻浮空器的飛行狀態，并回傳給飛行控制計算機；

執行機構包括高空螺旋槳推進系統、矢量推進系統、噴氣推進系統與氣動舵面；

采集系統，用于采集浮空器在飛行時的狀態；

鏈路系統，其是地面測控站與機載端的通信媒介；

地面測控站，其是地面人員的操控終端，接受來自機載端的遙測數據，將其解析展示給操縱人員，實現對浮空器的監測；還用于將操縱人員的操縱指令上傳至機載端，實現對浮空器的控制；

調試分線盒，其是將機載計算機所有物理接口進行整合的設備，對各個端口進行重新配置，實現模塊化處理。