一种适用于双星编队控制的全数字快速仿真方法与流程

本发明涉及卫星测试系统设计技术领域，具体涉及一种适用于双星编队控制的全数字快速仿真方法。

背景技术：

随着卫星编队飞行技术在对地观测与天文观测等领域逐步转向工程应用，编队控制的工程技术体系逐步细化深入。任务要求编队双星需定周期进行编队控制，因此双星编队控制仿真方法就显得尤为重要。目前单星实时仿真存在仅能控制单星及仿真效率不高等问题，双星半物理仿真同样存在双星硬件时间不同步及仿真效率不高等问题，且两种仿真方法均需要机柜板卡电缆单机等大量硬件配套支持。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，基于单星全数字快速仿真方案，提供一种适用于双星编队控制的全数字快速仿真方法，能够在仅需要若干台pc机、交换机和网线支持的情况下，快速高效的模拟编队卫星在轨运行情况，为双星编队在轨控制策略的制定提供依据。

本发明通过以下技术方案实现：一种适用于双星编队控制的全数字快速仿真方法，包括如下步骤：

步骤1配置a星simulink模型，包括轨道运动学和动力学模块、姿态运动学和动力学模块、各单机模块、和各类单星接口模块；配置a星仿真计算机，包括指令集解析、存储器、外设接口模块，b星做与a星相同配置，各自完成单星全数字仿真环境配置；配置协同仿真和时序控制软件时，除单星模型及仿真计算机接口适配模块外，将双星的模型和仿真计算机挂在同一条协同仿真软总线，协同仿真软总线的api提供精准的时序控制功能，取多个实体仿真步长的最大公约数作为基准步长，控制每个实体的推进，每个连接在总线上的实体都需要调用节拍同步函数，当调用阻塞，表明同步没有完成，线上还有某些实体上一个节拍还没有完成，则需要等待；否则，则表明可以进行下一个节拍推进同时在每个仿真节拍，阻塞返回后，顺序通知连接在总线上的各实体进行读写操作，进行多实体间的数据交互；双星模型的数据交互也通过在模型内部虚拟出星间链路接口，a星或b星发送本星数据和接收它星数据，完成双星虚拟星间数据传输；

步骤2依据实际使用分别配置a星和b星的模型和仿真计算机ip地址和端口号，部署a星和b星的上行遥控注数终端、下行遥测采集数据库及显示终端，并配置相关ip地址和端口号；协同仿真和时序控制软件通过网口接收遥控注数终端遥控数据包，并通过1553b接口发送至仿真计算机，通过1553b接口接收仿真计算机遥测数据包，并通过网口发送至采集数据库，采集数据库局域网内广播发送；

步骤3与前端动力学监控软件关联，并监控a星b星动力学模型变量，设置ab双星的主辅星状态、初始历元和位置速度，启动仿真，过程中根据需求执行更改倍速或暂停仿真再启动操作，双星动力学模型数据放置同一屏进行比对。

本发明采用的方法与现有技术或研究成果相比，其优点和有益效果是：

1、目前双星地面仿真主要依赖半物理仿真环境，只能实时运行，而本发明提出的双星超实时仿真运行，最高可达6倍速，且仿真过程可控，可加速减速停止再启动，不受物理时间约束，满足双星编队在轨任务长周期全工况要求。

2、基于单星全数字快速仿真环境，本发明提出的仿真方法可分别模拟双星乃至多星运行环境和星间链路，可同一时刻分别对a星b星甚至它们的ab机进行操作，且不存在半物理仿真环境中的双星时间不同步问题，能够快速高效的仿真例如双星协同轨道保持等需要同时操作双星的工况。

3、对比半物理仿真环境，无需复杂的地面设备和电缆连接，只需若干台pc机、交换机和网线即可，工程可实现性强，方法简单，经济性较好。

附图说明

图1双星全数字仿真环境数据流图。

图2双星全数字仿真环境最小硬件配置。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

步骤1如图1所示，完成单星模型和仿真计算机配置后，a星和b星仿真计算机任务节拍为500ms，a星和b星simulink模型仿真步长为2ms，所以选取2ms为基准步长；在a星和b星模型内部虚拟星间链路接口，a星(b星)模型接收b星(a星)模型它星84系下位置速度共48字节(double类型)，a星(b星)模型发送b星(a星)模型本星84系下位置速度共48字节(double类型)，模型将它星数据引入计算构形参数作为动力学监控数据，同时打包成广播数据包通过1553b数据源接口发送至协同仿真和时序控制软件，随后通过1553b接口转发至仿真计算机用于计算星上构形参数。

步骤2如图2所示，a星模型和仿真计算机、b星模型和仿真计算机与协同仿真和时序控制软件运行于同一台pc机，ip地址为192.168.0.143，端口号8888用于接收a星注数，端口号9999用于接收b星注数；本机端口号5555用于发送包头为0xaaxx的a星遥测数据包(xx代表不同类型总线数据)，另一台pc机的192.168.0.108，端口号5555用于发送包头为0xbbxx的b星遥测数据包。

步骤3如图2所示，动力学监控软件运行于ip地址为192.168.0.143的pc机，仿真开始前，设置ab双星时间历元和位置速度，配置ab双星需监控动力学数据，启动仿真，过程中倍速可调，可暂停后再启动。

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。

技术特征：

1.一种适用于双星编队控制的全数字快速仿真方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1配置a星simulink模型，包括轨道运动学和动力学模块、姿态运动学和动力学模块、各单机模块、和各类单星接口模块；配置a星仿真计算机，包括指令集解析、存储器、外设接口模块，b星做与a星相同配置，各自完成单星全数字仿真环境配置；配置协同仿真和时序控制软件时，除单星模型及仿真计算机接口适配模块外，将双星的模型和仿真计算机挂在同一条协同仿真软总线，协同仿真软总线的api提供精准的时序控制功能，取多个实体仿真步长的最大公约数作为基准步长，控制每个实体的推进，每个连接在总线上的实体都需要调用节拍同步函数，当调用阻塞，表明同步没有完成，线上还有某些实体上一个节拍还没有完成，则需要等待；否则，则表明可以进行下一个节拍推进同时在每个仿真节拍，阻塞返回后，顺序通知连接在总线上的各实体进行读写操作，进行多实体间的数据交互；双星模型的数据交互也通过在模型内部虚拟出星间链路接口，a星或b星发送本星数据和接收它星数据，完成双星虚拟星间数据传输；

步骤2依据实际使用分别配置a星和b星的模型和仿真计算机ip地址和端口号，部署a星和b星的上行遥控注数终端、下行遥测采集数据库及显示终端，并配置相关ip地址和端口号；协同仿真和时序控制软件通过网口接收遥控注数终端遥控数据包，并通过1553b接口发送至仿真计算机，通过1553b接口接收仿真计算机遥测数据包，并通过网口发送至采集数据库，采集数据库局域网内广播发送；

步骤3与前端动力学监控软件关联，并监控a星b星动力学模型变量，设置ab双星的主辅星状态、初始历元和位置速度，启动仿真，过程中根据需求执行更改倍速或暂停仿真再启动操作，双星动力学模型数据放置同一屏进行比对。

技术总结
本发明一种适用于双星编队控制的全数字快速仿真方法，具体包括：1)完善双星Simulink模型，使之在各自具备单星姿轨控功能的同时，模型内部虚拟星间链路接口，接收它星和发送本星WGS84系下位置速度，并编译成目标文件；2)依据IP地址和端口号，分别配置A星和B星的模型和仿真计算机，并且部署A星和B星的上行遥控注数终端、下行遥测采集数据库及显示终端；3)分别关联并且监控A星B星动力学模型和遥测变量，设置AB双星的主辅星状态、初始历元和位置速度，启动仿真，过程中可根据需求执行更改倍速或暂停仿真再启动等操作。

技术研发人员：王禹;贾艳胜;王文妍;杜耀珂;杨盛庆;完备;陈桦;朱郁婓;崔佳;刘美师
受保护的技术使用者：上海航天控制技术研究所
技术研发日：2020.02.24
技术公布日：2020.06.16