[發明專利]一種衛星姿軌控和單機通信的實時仿真系統

有效

• 申請號: 202011118428.8
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112214902B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 劉鑫睿;薛正華;樂欣龍;吳凡;邱實;陳健;王峰;岳程斐;張云鵬;趙振博;李化義
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

1.一種衛星姿軌控和單機通信的實時仿真系統，其特征在于，所述系統是基于LabViewReal Time模塊聯合PXI機箱實現仿真，所述仿真系統包括軌道和姿態動力學仿真模塊、單機原理仿真模塊和單機數據通信模塊，其中，軌道和姿態動力學仿真模塊包括軌道仿真模塊和姿態仿真模塊；

軌道仿真模塊，與單機原理仿真模塊連接，用于實時接收單機原理仿真模塊發送的單機數據進行軌道仿真，得到軌道參數及衛星在軌道上的慣性系下的加速度及各個仿真時刻的速度和位置；

姿態仿真模塊，與單機原理仿真模塊連接，用于實時接收單機原理仿真模塊發送的單機數據，進行姿態仿真，到各個仿真時刻衛星的姿態角和角速度；

單機原理仿真模塊，用于實時接收所述軌道參數、所述加速度、所述各個仿真時刻的速度和位置及所述各個仿真時刻衛星的姿態角和角速度，并進行單機模擬，獲取單機數據；

單機數據通信模塊，與單機原理仿真模塊連接，用于選擇單機通信協議，并進行模擬，還用于對CAN總線設備識別，進而獲取通過PXI機箱提供的串口通信模塊和CAN總線通信模塊對單機原理仿真模塊的控制指令及傳遞單機原理仿真模塊的單機數據到星上計算機；

所述系統還包括單機電壓采集模塊，單機原理仿真模塊包括推力器原理仿真模塊和磁力矩器原理仿真模塊；

單機電壓采集模塊，用于獲取推力器觸發電壓和磁力矩器觸發電壓；

推力器原理仿真模塊，與單機電壓采集模塊連接，用于判斷單機電壓采集模塊獲取的磁力矩器觸發電壓是否大于閾值，若是，根據衛星推力器的比沖，把推力器在時間T內的作用平均到T，得到一個平均加速度，并將平均加速度發送給軌道仿真模塊；T表示單機電壓采集模塊的電壓采集周期；還用于根據衛星各個推力器的安裝矩陣，計算出由于推力器推力的產生的作用力矩，發送給姿態仿真模塊；

平均加速度

其中，T_step表示仿真步長，表示推力器單位時間內消耗的質量，I_sp表示衛星推力器的比沖；

磁力矩器原理仿真模塊，與單機電壓采集模塊連接，用于當接收到磁力矩器觸發電壓，根據地球磁場模型的輸出，獲得衛星當前位置的磁場矢量，再結合磁力矩器的安裝矩陣計算出磁力矩器開啟時的力矩作用矢量，獲得磁力矩器開啟時產生的作用力矩發送給姿態仿真模塊；

所述地球磁場模型設置在軌道仿真模塊中，所述軌道參數包括地球磁場模型的輸出；

軌道仿真模塊，用于根據所述平均加速度更新衛星質量，進而更新衛星在軌道上的慣性系下的加速度；

姿態仿真模塊，用于根據所述推力器產生的力矩，進行衛星的姿態角和角速度更新；還用于根據所述磁力矩器開啟時產生的作用力矩，進行衛星的姿態角和角速度更新。

2.根據權利要求1所述的衛星姿軌控和單機通信的實時仿真系統，其特征在于，所述單機原理仿真模塊還包括飛輪原理仿真模塊；

飛輪原理仿真模塊，用于通過單機數據通信模塊從CAN總線上讀取飛輪的控制指令，獲取指令轉速，當前仿真循環中，計算飛輪當前轉速和指令轉速之差，如果轉速差小于a*T_step，則將飛輪轉速輸出為指令轉速；否則，則在飛輪當前轉速上加a*T_step，a表示飛輪最大角加速度；當飛輪轉速改變，獲得角動量的改變值，根據角動量守恒原理，計算出衛星星體獲得的角動量，將角動量的作用等效為飛輪恒值力矩在仿真步長時間內的作用，將飛輪恒值力矩輸出給姿態仿真模塊；

姿態仿真模塊，用于根據所述飛輪恒值力矩，進行衛星的姿態角和角速度更新。