一种基于硬件中间层的小型实时仿真系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种实时仿真设备，特别涉及一种基于硬件中间层的小型实时仿真系统。
【背景技术】
[0002]在宇航飞行器控制系统设计和控制系统软件设计过程中，需要进行实时仿真测试。测试时需要研制动力学仿真系统，然后将其仿真数据通过不同的物理接口传输给控制系统计算机，控制系统软件运行于控制系统计算机内，通过真实的物理接口采集和发送数据，以此完成闭环测试。
[0003]目前的实时仿真设备多数使用型号研制过程中的真实星载计算机(使用的是非x86架构的处理器，并具备必要的各种外围接口，如A/D、D/A、RS-422U553B总线及其它接口等)和动力学仿真计算机(如dSPACE等，安装与星载计算机对应的各种接口)。星载计算机与动力学仿真计算机使用电缆连接，星载计算机运行真实的星载软件，而动力学仿真计算机运行实时操作系统并安装卫星动力学和姿轨控控制算法。
[0004]此种方式下，试验设备占地面积大(通常需要一台机柜及多台计算机组成)，投入大(一套设备大约需要两百万以上)，研制周期长(星载计算机研制周期超过半年，实时仿真机的采购及配置周期也超过三个月)，且通用性差(每台星载计算机根据型号任务不同安装了不同的外部接口，这也导致动力学仿真机的配置也不一样)。目前的研制方式已经越来越不适应逐渐增加的卫星研制需求。
[0005]因此，需要一种基于硬件中间层的卫星控制系统实时仿真系统完成上述的实时仿真任务。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于硬件中间层的小型实时仿真系统，能够有效实现卫星等宇航飞行器控制系统的实时仿真测试。
[0007]为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种基于硬件中间层的小型实时仿真系统，系统包括星上目标模块、动力学仿真模块及硬件中间层模块，星上目标模块和动力学仿真模块通过硬件中间层模块连接；
通过所述的星上目标模块模拟控制系统工作，通过所述的动力学仿真模块模拟控制系统组件和星体动力学环境；
所述的硬件中间层虚拟实现真实星载计算机的物理接口和外部协议，使星载软件的运行环境与星上真实运行环境一致。
[0008]优选地，所述实时仿真系统与监控计算机连接以相互传输遥测数据及控制指令，由监控计算机实现实时仿真系统的人机交互界面，显示所述星上目标模块、动力学仿真模块及硬件中间层模块产生的试验数据。
[0009]优选地，所述的星上目标模块，包括星载计算机所用的处理器，用于运行姿轨控软件。
[0010]优选地，所述的动力学仿真模块，包括通用处理器及外围硬件，用于运行实时操作系统及在实时操作系统下运行的动力学仿真软件。
[0011]优选地，所述的硬件中间层模块，包括用于进行内总线连接和模拟真实星上系统的软硬件。
[0012]优选地，所述的硬件中间层模块，通过内总线分别连接所述星上目标模块、动力学仿真模块，实时完成星上目标模块和动力学仿真模块之间的数据交互。
[0013]优选地，所述的硬件中间层模块通过内部存储器和10空间的地址映射转换，实现真实星载计算机的内部存储器和10空间地址定义。
[0014]优选地，所述的硬件中间层模块通过协议转换和数据暂存转发设计，实现真实星载设备的外围接口和硬件通讯协议。
[0015]优选地，所述的星上目标模块通过加载或固化不同的姿轨控软件，实现不同卫星的控制系统模拟仿真；
所述的动力学仿真模块通过加载或更换固化芯片，更换不同的动力学系统，实现不同卫星的动力学仿真；
所述的硬件中间层模块通过加载或更换固化芯片，实现不同的星载计算机环境。
[0016]优选地，所述星上目标模块、动力学仿真模块及硬件中间层模块，三者同步运行。
[0017]本发明同时模拟了星上目标和动力学，并保证了时间的同步性。系统中的星上目标模块运行真实的星载软件，动力学仿真模块完成了星体动力学仿真模拟。硬件中间层模块实现了真实星载计算机的物理接口和外部协议，将星体动力学数据按照真实的通讯协议转换成敏感器的输出数据，传送给星上目标模块，并将星上目标模块输出的指令数据传送给动力学，形成了与常规实时仿真测试过程一致的带回馈的闭环仿真系统。
[0018]本发明采取的技术方案，与现有技术相比，其具有优点和有益效果:
1、通过硬件中间层的设计，理论上可以完全模拟星上姿轨控系统的真实运行环境，提尚仿真的真实性。
[0019]2、通过硬件中间层的配置更换和动力学的配置更换，可以模拟不同星上运行状态，提高整个系统的通用性。
[0020]3、该套系统通过三个核心模块连接组成，系统完全可以设计安装在同一个小型系统中。
[0021]4、由于不使用实际的星载计算机，安全风险大大降低(实际星载计算机价格昂贵，使用维护复杂)，用户可以进行更高频次的仿真试验。
[0022]综上所述，本发明的系统能够有效实现卫星等宇航飞行器控制系统的实时仿真测试。本发明能够有效提高仿真的真实性，提高仿真测试系统的通用性，大大降低了星载姿轨控系统实时仿真测试的安全风险，同时具有重量轻、体积小的特点。
【附图说明】
[0023]图1是本发明实现基于硬件中间层的小型实时仿真系统的示意图。
【具体实施方式】
[0024]以下将结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
[0025]如图1所示，本发明提供一种基于硬件中间层的小型实时仿真系统，包括:星上目标模块、动力学仿真模块和硬件中间层模块，星上目标模块和动力学仿真模块通过硬件中间层模块连接。
[0026]星上目标模块和动力学仿真模块通过硬件中间层模块组成完整的实时仿真系统，由