一种基于wifi通信的小卫星姿控系统设备模拟器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器，用于小卫星姿控系统地面闭环测试中。设计的小卫星姿控系统设备模拟器采用两路UART?WIFI通信接口实现模拟器的通信和控制，遵循802.11b标准协议，可实现自组网，最大自组网个数为20个，通信速率可调，最高可支持230.4kbps，采用FPGA和DSP协调工作来实现对模拟器时序和通信的控制以及工作特性的模拟，模拟周期为2.5ms，具有测试过程简洁、灵活性强、速度快、安全性高、可靠性好等优势。
【专利说明】
一种基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器
技术领域
[0001]本发明涉及卫星姿控技术领域，特别涉及一种基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器。
【背景技术】
[0002]小卫星姿控系统用于实现卫星姿态和指向控制，是星上复杂而必要的分系统，通过和星上诸多分系统的有机配合，完成卫星的各项任务。姿控系统是承担风险与出现故障较多的一个分系统，是小卫星完成飞行任务和保障各分系统正常工作的前提，由姿态敏感器、姿态控制器和执行机构组成。姿态敏感器感知并获得卫星当前姿态信息，传输给姿态控制器，姿态控制器对当前姿态进行判断并控制执行机构对卫星姿态进行调整，实现卫星姿态的控制。
[0003]地面测试工作贯穿卫星研制始终，由于姿控系统的重要性，使得对姿控系统的测试成为了小卫星地面测试的首要任务。由于研制周期和研制成本等方面的限制，同时为减少风险，一般采用模拟器代替姿控系统的各个单机部件，模拟其工作特性，来配合完成姿控系统的地面闭环仿真测试。与采用姿控系统真实部件进行地面试验相比，模拟器具有经济性、可控性、无破坏性、可靠性等优点。同时也能通过调整模拟器的内部参数，改变模拟器的输出特性，可将模拟器应用于不同型号卫星的地面测试中，具有一定的通用性。
[0004]目前，卫星地面测试领域使用的姿控系统设备模拟器均是采用电缆的连接来实现各个设备之间的通信，通信接口使用的是卫星设备常用电气接口，如CAN接口、LVDS接口、RS-422接口和RS-485接口等。由于卫星姿控系统设备较多，采用电缆连接各个设备使得连接关系较为复杂，测试现场较为混乱，占用空间较大，电缆传输信号将带入干扰，信噪比降低，同时，由于电缆和接插件较多，存在电缆和接插件连接错误而烧毁设备等风险。
【发明内容】
[0005]本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下:
[0007]一种基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器，包括:FPGA控制单元模块，DSP运算单元模块和两路UART-WIFI转换模块;所述DSP运算单元模块和两路所述UART-WIFI转换模块分别与所述FPGA控制单元模块相连；
[0008]所述FPGA控制单元模块可实现对整个模拟器的控制和数据交互;所述DSP运算单元模块可实现姿控系统部件/单机的模型解算;所述UART-WIFI转换模块可实现UART协议数据和WIFI信号数据间的相互转换；
[0009]所述UART-WIFI转换模块可将发送的WIFI信号进行接收，并将其转换成UART信号，传给FPGA控制单元模块;两路所述UART-WIFI转换模块通过FPGA控制单元模块并行控制；
[0010]所述FPGA控制单元模块接收UART信号，并可根据通信协议，对接收的数据和命令进行解析，并将姿控系统各个部件/单机对应模型解算所需的数据发送给DSP运算单元模块；
[0011 ]所述DSP运算单元模块可接收需解算的数据进行模型解算，并将解算结果发送给FPGA控制单元模块；
[0012]所述FPGA控制单元模块可接收模型解算结果并根据通信协议，将模型解算结果通过UART-WIFI转换模块发送给对应设备。
[0013]在上述技术方案中，所述FPGA控制单元模块内设有:中心控制模块，UART数据收发模块，与DSP通信接口模块，以及数据和命令解析、组帧模块；
[0014]所述UART数据收发模块可接收UART-WIFI转换模块传输过来的数据和命令，接收的信息传输给数据和命令解析、组帧模块；
[0015]所述数据和命令解析、组帧模块可根据通信协议对收到的数据和命令进行解析，并将解析后的数据和命令传输给中心控制模块；
[0016]所述中心控制模块根据整个模拟器的工作时序，并行控制各个模块协调工作，同时，处理收到的数据和命令，并将要进行模型解算的数据发送给与DSP通信接口模块；
[0017]所述与DSP通信接口模块可把接收到得数据发送给DSP运算单元模块。
[0018]在上述技术方案中，所述DSP运算单元模块收到所述与DSP通信接口模块发送的信息后，可进行工作模式和命令判断，判断完后进行对应模型解算，解算完后将解算结果发送给FPGA控制单元模块。
[0019]在上述技术方案中，所述FPGA控制单元模块可通过中心控制模块的控制，将模型解算结果按照通信协议要求，经数据和命令解析、组帧模块以及UART数据收发模块发送给UART-WIFI转换模块，UART-WIFI转换模块将其转换成WIFI信号发送给对应外部设备。
[0020]在上述技术方案中，所述中心控制模块可根据整个板卡的工作状态，控制模拟器前面板的工作指示灯;所述工作指示灯用于指示板卡当前的工作状态。
[0021]本发明具有以下的有益效果:
[0022]本发明的基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器，可通过WIFI无线网络技术实现模拟器与其它设备之间的数字量信号通信，具有自组网能力，通信速率可调，最高可支持230.4kbps。此外，模拟器采用了FPGA来实现模块通信和时序的并行控制，采用了DSP来实现快速浮点计算和姿控系统单机模型的解算，可实现对姿控系统各个单机部件工作特性的模拟，解算周期为2.5ms，速度快，精度高。
[0023]本发明的基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器具有两路UART-WIFI通信接口，采用WIFI无线网络技术实现与外部设备的通信，两路UART-WIFI通信接口通过FPGA并行控制，具有良好的并行处理能力，遵循802.1lb标准协议，可实现自组网，最大自组网个数为20个，通信速率可调，最高可支持230.4kbps，具有测试过程简洁、灵活性强、速度快、安全性高、可靠性好等优势。
【附图说明】
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0025]图1为本发明的基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器的结构示意图。
[0026]图2为本发明的基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器的FPGA和DSP的流程示意图。
【具体实施方式】
[0027]本发明的发明思想为:
[0028]本发明的基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器，基于WIFI通信技术，可实现自组网，运用了 FPGA的并行处理及时序控制能力和DSP的快速浮点计算能力，可实现对小卫星姿控系统各个单机部件工作特性的模拟，模拟周期为2.5ms，用于小卫星姿控系统地面闭环测试中。
[0029]下面结合附图对本发明做以详细说明。
[0030]小卫星姿控系统设备模拟器整体设计分为三大单元模块，分别为FPGA控制单元模块、DSP运算单元模块和UART-WIFI转换模块。
[0031]根据图1所示，FPGA控制单元模块为模拟器的主控制器，实现对整个模拟器的控制和数据交互;DSP运算单元模块实现姿控系统部件/单机的模型解算;UART-WIFI转换模块实现UART协议数据和WIFI信号数据间的相互转换。
[0032]小卫星姿控系统设备模拟器整体工作过程如下:星载计算机、动力学仿真计算机、调度与故障注入计算机根据通信协议，通过WIFI接口发送各个模拟器所需的数据和命令；模拟器的UART-WIFI转换模块将发送的WIFI信号进行接收，并将其转换成UART信号，传给FPGA控制单元模块;FPGA控制单元模块接收UART信号，并根据通信协议，对接收的数据和命令进行解析，并将姿控系统各个部件/单机对应模型解算所需的数据发送给DSP运算单元模块，DSP运算单元模块接收需解算的数据进行模型解算，并将解算结果发送给FPGA控制单元模块，FPGA控制单元模块接收模型解算结果并根据通信协议，将模型解算结果通过UART-WIFI转换模块发送给对应设备。
[0033]根据图1所示，小卫星姿控系统设备模拟器采用FPGA来实现模块通信和时序控制，采用DSP来实现快速浮点计算和模型解算。FPGA采用Altera公司生产的EP3C40F484I7型号的FPGA，DSP采用TI公司生产的TMS320F281X型号的DSP。两路UART-WIFI转换模块均采用ESP8266WIFI模块，该模块可实现UART和WIFI信号的相互转换，遵循802.1 Ib标准协议，可实现自组网，最大自组网个数为20个，通信速率可调，最高可支持230.4kbps。采用此套硬件方案可实现小卫星姿控系统设备模拟器的无线通信，并可实现对姿控系统各个单机部件工作特性的模拟，使姿控系统地面闭环测试变得快捷、安全、可靠。
[0034]根据小卫星姿控系统设备模拟器的工作时序、外部通信和对应模型解算等要求，设计模拟器的FPGA和DSP的流程示意图如图2所示。图2中各个模块为编写在FPGA内部的逻辑单元模块，实现对时序的控制和外部硬件模块的控制。
[0035]根据图2，小卫星姿控系统设备模拟器的FPGA固件主要实现对模拟器工作时序和外部通信的控制，DSP软件实现对应模型的解算和与FPGA进行数据交互。其工作过程如下:
[0036]I)、UART数据收发模块接收UART-WIFI转换模块传输过来的数据和命令，接收的信息传输给数据和命令解析、组帧模块；
[0037]2)、数据和命令解析、组帧模块根据通信协议对收到的数据和命令进行解析，并将解析后的数据和命令传输给中心控制模块；
[0038]3)、中心控制模块根据整个模拟器的工作时序，并行控制各个模块协调工作，同时，处理收到的数据和命令，并将要进行模型解算的数据发送给与DSP通信接口模块；
[0039]4)、与DSP通信接口模块把接收到得数据发送给DSP运算单元模块，DSP运算单元模块收到这部分信息后，进行工作模式和命令判断，判断完后进行对应模型解算，解算完后将解算结果发送给FPGA;
[0040]5)、FPGA控制单元模块通过中心控制模块的控制，将模型解算结果按照通信协议要求，经数据和命令解析、组帧模块以及UART数据收发模块发送给UART-WIFI转换模块，UART-WIFI转换模块将其转换成WIFI信号发送给对应外部设备；
[0041]6)、中心控制模块根据整个板卡的工作状态，控制模拟器前面板的3个工作指示灯，用于指示板卡当前的工作状态。
[0042]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【主权项】
1.一种基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器，其特征在于，包括:FPGA控制单元模块，DSP运算单元模块和两路UART-WIFI转换模块；所述DSP运算单元模块和两路所述UART-WIFI转换模块分别与所述FPGA控制单元模块相连； 所述FPGA控制单元模块可实现对整个模拟器的控制和数据交互;所述DSP运算单元模块可实现姿控系统部件/单机的模型解算;所述UART-WIFI转换模块可实现UART协议数据和WIFI信号数据间的相互转换； 所述UART-WIFI转换模块可将发送的WIFI信号进行接收，并将其转换成UART信号，传给FPGA控制单元模块;两路所述UART-WIFI转换模块通过FPGA控制单元模块并行控制； 所述FPGA控制单元模块接收UART信号，并可根据通信协议，对接收的数据和命令进行解析，并将姿控系统各个部件/单机对应模型解算所需的数据发送给DSP运算单元模块； 所述DSP运算单元模块可接收需解算的数据进行模型解算，并将解算结果发送给FPGA控制单元模块； 所述FPGA控制单元模块可接收模型解算结果并根据通信协议，将模型解算结果通过UART-WIFI转换模块发送给对应设备。2.根据权利要求1所述的基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器，其特征在于，所述FPGA控制单元模块内设有:中心控制模块，UART数据收发模块，与DSP通信接口模块，以及数据和命令解析、组帧模块； 所述UART数据收发模块可接收UART-WIFI转换模块传输过来的数据和命令，接收的信息传输给数据和命令解析、组帧模块； 所述数据和命令解析、组帧模块可根据通信协议对收到的数据和命令进行解析，并将解析后的数据和命令传输给中心控制模块； 所述中心控制模块根据整个模拟器的工作时序，并行控制各个模块协调工作，同时，处理收到的数据和命令，并将要进行模型解算的数据发送给与DSP通信接口模块； 所述与DSP通信接口模块可把接收到得数据发送给DSP运算单元模块。3.根据权利要求2所述的基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器，其特征在于，所述DSP运算单元模块收到所述与DSP通信接口模块发送的信息后，可进行工作模式和命令判断，判断完后进行对应模型解算，解算完后将解算结果发送给FPGA控制单元模块。4.根据权利要求2所述的基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器，其特征在于，所述FPGA控制单元模块可通过中心控制模块的控制，将模型解算结果按照通信协议要求，经数据和命令解析、组帧模块以及UART数据收发模块发送给UART-WIFI转换模块，UART-WIFI转换模块将其转换成WIFI信号发送给对应外部设备。5.根据权利要求2所述的基于WIFI通信的小卫星姿控系统设备模拟器，其特征在于，所述中心控制模块可根据整个板卡的工作状态，控制模拟器前面板的工作指示灯;所述工作指示灯用于指示板卡当前的工作状态。
【文档编号】G05D1/08GK105867398SQ201610243539
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】邢斯瑞, 易进, 徐婧, 王亚洲, 戴路
【申请人】长光卫星技术有限公司