一种利用UDP协议传输实现卫星控制系统单机故障的模拟方法与流程

本发明涉及卫星控制系统单机故障的模拟方法，具体涉及一种利用udp协议传输实现卫星控制系统单机故障的模拟方法。

背景技术：

卫星控制系统的故障模拟是通过搭建单机模型，模拟真实单机与计算机进行通信，通过选择单机模型的不同故障类型对单机设置故障，监测系统对单机故障的响应情况，是检验卫星控制系统自主诊断及系统重构的有效手段，在完成卫星设计和研制过程中都有着非常重要的作用。

传统的故障模拟方法具有一定的局限性，如下所示：

1、传统设计方法故障模拟过程中，数据包的传输方式，以及不同数据包的包头的类型与格式均无约定，不具有通用性。

2、传统设计方法无法对设置的单机数据包类型和数据流向进行直观辨识，不利于设计以及故障模拟设计初期问题排查。

3、传统设计方法控制故障模型的数据包只有一个，包含所有单机的故障设置信息，无法实现不同单机的故障模式的分离，即无法实现模拟不同时间点的系统双重或多重故障，故障设置过程可操作性差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用udp协议传输实现卫星控制系统单机故障的模拟方法，解决了传统设计方法控制故障模型的数据包包头不具有通用性，且仅能发送一个数据包的问题，该方法能够实现双重或多重故障的模拟，提高了故障模拟的真实性与可操作性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种利用udp协议传输实现卫星控制系统单机故障的模拟方法，该方法采用故障模拟系统实现模拟卫星控制系统单机故障，所述的故障模拟系统包含：故障模拟目标机、故障模拟控制机和故障远控软件；所述的故障模拟目标机包含：若干用于模拟星上产品故障的单机模型。该方法包含：

步骤1：基于udp协议设计故障模拟系统在传输过程中的数据包协议，对故障模拟系统的发送端口号、接收端口和故障类型数据包的包头进行约定；

步骤2：通过故障远控软件，选择与星上计算机通信的对象为单机模型或真实单机，实现单机模型和真实单机的切换，在进行故障模拟时，设置故障类型数据包，并通过udp协议发送故障类型数据包给对应的单机模型；

步骤3：在故障模拟目标机中，各单机模型之间相互独立，每个单机模型拥有一个独立的对外接口模块和与该模块对应的端口号，通过该对外接口模块，需要故障模拟的单机模型将接收故障类型数据包，并设置相应故障；

步骤4：对已经响应故障模拟的单机模型通过终端显示器进行实时显示并监控。

所述的故障类型数据包包含：故障类型和故障拍数；所述的故障类型包含：正常模式和若干异常模式。

所述的故障类型数据包的包头设计与故障模拟系统的端口号的设计相关联，能够根据故障类型数据包的包头或者故障模拟系统的端口识别数据包的类型和流向。

在所述的故障远控软件中能够设置一个或同时设置若干单机模型发生故障。

所述的故障模拟目标机、故障远控软件和动力学仿真机之间相互进行数据交互；所述的单机模型包括：执行机构产品模型和敏感器产品模型。

其中，所述的故障远控软件发送所述的故障类型数据包给所述的故障模拟目标机，实现对单机故障类型的设置。

其中，所述的故障模拟目标机发送执行情况数据包给所述的故障远控软件，实现对单机模型响应情况的监控。

其中，所述的故障模拟目标机发送执行机构数据包给所述的动力学仿真机，该执行机构数据包含：执行机构产品模型的转速和位置信息。

其中，所述的动力学仿真机发送姿态信息数据包给所述的故障模拟目标机，该姿态信息数据包包含：敏感器产品模型所需的实时姿态信息。

其中，所述的故障远控软件发送数据包给所述的动力学仿真机，反馈当前真实单机与故障模型的接入状态。

本发明提供的利用udp协议传输实现卫星控制系统单机故障的模拟方法，解决了传统设计方法控制故障模型的数据包包头不具有通用性，且仅能发送一个数据包的问题，具有以下优点：

（1）本发明的方法对故障模拟有明确的设计规范，数据包的传输方式，以及不同数据包的类型与格式均有固定设计方法，具有通用性；

（2）本发明的方法的故障类型数据包的包头设计与故障模拟系统的端口号的设计相关联，从故障模拟系统的端口号能直接识别出传输的数据包的类型与数据包传输流向，减小了故障模拟系统设计的复杂性；

（3）本发明的方法对独立的单机模型分开进行故障模式设置，可以根据实际需求发送任意的单机故障设置包，实现双重或多重故障的模拟，提高了故障模拟的真实性与可操作性。

附图说明

图1为本发明的利用udp协议传输实现卫星控制系统单机故障的模拟系统的示意图。

图2为本发明的故障远控软件的功能示意图。

图3为本发明的故障模拟系统相关的数据传输的流程图。

图4为本发明的故障模拟系统数据包包头的定义图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，为本发明的利用udp协议传输实现卫星控制系统单机故障的模拟系统的示意图，该系统包含：星上产品，其包含：敏感器和执行机构；故障模拟目标机，其包含若干模拟星上产品故障的单机模型，用于实现星上产品的故障模拟，该单机模型包括（但不限于）：执行机构产品模型和敏感器产品模型；动力学仿真机，其实现：采集星上执行机构相关单机的数据，模拟卫星在轨的姿态轨道动力学和运动学，输出相应的激励信号给敏感器；故障模拟控制机，其与星上计算机、故障模拟目标机和星上单机连接，用于实现故障模拟目标机和星上单机的切换；故障远控软件，其与故障模拟控制机、故障模拟目标机和动力学仿真机通过网络交换机的连接端口连接，并且进行数据交互传输；终端显示器，其与故障模拟控制机、故障模拟目标机和动力学仿真机通过网络交换机的连接端口连接，下载数据并进行监控。

上述故障模拟目标机、故障模拟控制机和故障远控软件属于故障模拟系统。

本发明的利用udp协议传输实现卫星控制系统单机故障的模拟方法，采用上述卫星控制系统，该方法包含：

步骤1：基于udp协议设计故障模拟系统在传输过程中的数据包协议，对故障模拟系统的发送端口号、接收端口和故障类型数据包的包头进行约定；

步骤2：通过故障远控软件，选择与星上计算机通信的对象为单机模型或真实单机，实现单机模型和真实单机的切换，在进行故障模拟时，设置故障类型数据包，并通过udp协议发送故障类型数据包给对应的单机模型；

步骤3：在故障模拟目标机中，各单机模型之间相互独立，每个单机模型拥有一个独立的对外接口模块和与该模块对应的端口号，通过该对外接口模块，需要故障模拟的单机模型将接收故障类型数据包，并设置相应故障；

步骤4：对已经响应故障模拟的单机模型通过终端显示器进行实时显示并监控。

如图2所示，为本发明的故障远控软件的功能示意图，在步骤2中，故障类型数据包包含：故障类型和故障拍数。故障拍数是指需要设置的故障发生的次数。故障类型包括：正常模式和若干异常模式，在进行故障模拟时，根据星上产品的实际故障状况设计异常模式，如异常模式可以包含（但不限于）：执行机构产品故障、敏感器产品故障等。

在步骤2中，进行故障模拟时，在故障远控软件中可以一个或者同时选择两个以上（包含两个）的单机模型，根据选择的单机模型，对每个单机模型设置对应的异常模式，并设置其故障拍数，可以实现了双重或多重故障的模拟，提高了故障模拟的真实性与可操作性。

如图3所示，为本发明的故障模拟系统相关的数据传输的流程图，上述故障远控软件发送故障类型数据包给所述的故障模拟目标机，实现对单机故障类型的设置；故障模拟目标机发送执行情况数据包给故障远控软件，实现对单机模型响应情况的监控；故障模拟目标机发送执行机构数据包给动力学仿真机，该执行机构数据包含（但不限于）：执行机构产品模型的转速和位置信息；动力学仿真机发送姿态信息数据包给故障模拟目标机，该姿态信息数据包包含：敏感器产品模型所需的实时姿态信息；故障远控软件发送数据包给动力学仿真机，反馈当前真实单机与故障模型的接入状态。

如图4所示，为本发明的故障模拟系统数据包包头的定义图，数据包的包头长度固定为3个字节，用0xabcdef表示（此时abcdef均为十六进制数），a和b表示信号流向，c表示单机名称，d表示单机种类（按型谱划分），e表示单机序号，f表示单机主备份。同时，也用于对故障模拟系统的每个发送端口和接收端口进行定义，故障类型数据包的发送端口的端口号与所传输的数据包的包头相关联，为数据包包头（0xabcdef）的后五位bcdef的十进制数值，从故障类型数据包的发送端口的端口号能直接识别出传输数据的类型与数据传输流向，减小了故障模拟系统设计的复杂性。

上述设计的数据包有明确的设计规范，数据包的传输方式，以及不同数据包的类型与格式均有固定设计方法，具有通用性。

综上所述，本发明的利用udp协议传输实现卫星控制系统单机故障的模拟方法，该方法的故障类型数据包的包头设计与故障模拟系统的端口号的设计相关联，减小了故障模拟系统设计的复杂性，而且对独立的单机模型分开进行故障模式设置，可以实现双重或多重故障的模拟，提高了故障模拟的真实性与可操作性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。