[發明專利]一種航天器動力學分布式計算方法

有效

• 申請號: 201710476444.6
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107300861B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 李明明;藺玥;郎燕;喬德治;張迎發;于丹;范松濤;蔣金哲
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

一種航天器動力學分布式計算方法，屬于控制與仿真技術領域。該方法利用分布式計算策略，將多個航天器的動力學仿真工作分布于不同仿真計算機中進行，每個仿真計算機僅針對一個航天器進行動力學解算，再通過不同仿真計算機間的數據交換獲得其他航天器的動力學數據，完成多航天器聯合仿真測試任務。本發明解決了現有集中式仿真技術在多目標動力學集中仿真時(如航天器編隊飛行)遇到的仿真計算機計算能力不足，重復建模等缺點，提高了仿真的計算效率。

技術領域

本發明涉及一種航天器動力學分布式計算方法，尤其涉及一種針對多目標動力學聯合仿真的分布式計算方法，屬于控制與仿真技術領域。

背景技術

對于航天器GNC系統設計與驗證而言，航天器動力學仿真是一個不可缺少的環節并貫穿整項工程的始終。它模擬了航天器的空間環境和航天器的軌道、姿態運動，為航天器控制系統的設計提供了一個數學仿真環境。控制系統根據動力學仿真系統產生的姿軌信息和敏感器信息，計算出控制信息并反饋給動力學仿真系統，由此驗證控制系統的有效性。

航天器在進行地面物理仿真實驗時，對動力學計算效率的要求非常嚴格，需要在一個控制周期內完成所有的動力學解算及敏感器激勵工作。但是，由于目前無分布式計算方法，因此航天器動力學仿真都是針對任務建立特定的動力學仿真模型，并將所有動力學計算放在同一臺仿真計算機中集中進行。當遇到需要對多航天器進行聯合測試時(如航天器編隊飛行等任務)，利用當前的動力學仿真手段便較難完成測試工作。遇到的問題主要如下：

1)由于不同任務、不同編隊構型下涉及的航天器數量、種類不同，因此不同仿真任務中可能會對同一航天器重復建模，并需要重新設計動力學模型或仿真計算結構。

2)由于單臺仿真計算機的計算能力有限，當需要同時仿真的航天器較多時，必將導致在同一個控制周期內無法完成多航天器的仿真計算任務。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種航天器動力學分布式計算方法，解決了多航天器聯合仿真時的動力學分布式計算問題。

本發明的技術方案是：一種航天器動力學分布式計算方法，步驟如下：

(1)將需要同時仿真的各個航天器模型分別布局在各自的仿真計算機上，選擇一臺仿真計算機作為本仿真計算機，其上布局的航天器作為本航天器；

(2)在每臺仿真計算機上，對自身布局的航天器以及聯合仿真的其他航天器物理參數進行初始化，其中自身布局的航天器要初始化的物理參數包括質量、轉動慣量、質心位置、帆板柔性模型、對接口位置、執行機構及敏感器安裝位置，聯合仿真的其他航天器物理參數包括質心位置、相對導航敏感器安裝位置、轉動慣量、質量；

(3)T仿真時刻，本仿真計算機通過數據交換獲得本航天器以外其它航天器T-1仿真時刻的動力學數據，并對獲得的其它航天器動力學數據進行擴展計算，得到其它航天器T-1仿真時刻的動力學參數；

(4)利用其它航天器T-1仿真時刻的動力學數據、擴展計算出的動力學參數，以及本航天器T-1仿真時刻的動力學數據，進行多航天器間相對導航解算，得到T-1仿真時刻本航天器與其他航天器間的相對關系；

(5)利用本航天器T-1仿真時刻動力學數據、步驟(4)得到的與其它航天器間的相對關系，計算出T-1仿真時刻本航天器相對導航敏感器和非相對導航敏感器的激勵數據；

(6)根據步驟(4)得到的本航天器與其它航天器間的相對關系，判斷本航天器與其它航天器的對接狀態；

(7)根據對接狀態計算本航天器T仿真時刻的動力學數據；

(8)將本航天器T仿真時刻的動力學數據依據通訊協議輸出給其它航天器，實現T仿真時刻多目標動力學聯合仿真的分布式計算。