一种半物理卫星仿真系统及仿真方法与流程

本申请涉及卫星仿真技术领域，尤其涉及一种半物理卫星仿真系统及仿真方法。

背景技术：

随着卫星技术的迅猛发展，卫星的种类越来越多，卫星也被广泛应用到多个领域，而在对卫星设计、卫星制造以及卫星系统运行等方面都需要通过计算机仿真提供大量的实验数据，计算机仿真有利于对卫星的研究。对于卫星仿真常用的方法包括软件仿真、物理仿真、半物理仿真，其中，软件仿真系统灵活、成本低；物理仿真直观、真实性高；半物理仿真区别于软件仿真和物理仿真，它是根据所需仿真的具体研究内容，将仿真中一部分模型用实物进行模拟，而某些不重要的部分则使用软件模型进行模拟，从而实现物理仿真和软件仿真的联合仿真。兼具软件仿真和物理仿真的优点，被广泛使用。

目前，半物理卫星仿真系统一般针对特定的任务或者某些功能，进行针对性的开发，在有些半物理仿真系统中，卫星仿真计算机与卫星单机之间通过1553b总线进行数据交互，在新增、删除、更换需要仿真的卫星单机时，通常需要对相关1553b设备硬件和/或软件进行重新设计。因此，现有技术中卫星仿真系统的配置不灵活，系统的开放性不足，进而使得卫星仿真系统的适用性较差。

技术实现要素：

本申请解决的技术问题是：针对现有技术中设计出的卫星仿真系统的适用性较差的问题，提供了一种半物理卫星仿真系统及仿真方法，本申请实施例所提供的方案中，在卫星仿真计算机与卫星单机之间设置1553b接口仿真模块和通用的1553仿真设备，不仅能够便捷地完成卫星仿真模块中的至少一个卫星单机软件仿真模块与卫星单机(在1553b接口仿真模块和1553仿真设备配合下工作)之间的相互替换；还能够在仿真系统接入不同卫星单机时，一般只需要修改配置文件，不需修改半物理仿真系统中的软、硬件，避免了仿真系统的配置不灵活，系统的开放性不足，进而提高了仿真系统的适用性。

第一方面，本申请实施例提供一种半物理卫星仿真系统，该系统包括：1553仿真设备以及卫星仿真计算机，其中，

所述1553b接口仿真模块，与所述1553仿真设备连接，用于将所述请求指令发送给所述1553仿真设备，以及接收所述1553仿真设备转发的所述卫星单机发送的遥测数据，并将所述遥测数据发送给所述卫星仿真模块；

所述卫星仿真计算机，一端与所述1553仿真设备连接，另一端与地面系统连接，用于接收所述遥测数据，根据所述遥测数据生成整星遥测数据，并将整星遥测数据发送给地面系统，以及接收所述地面系统发送的遥控指令，并根据所述遥控指令调整运行信息，其中，所述运行信息包括工作状态、任务或配置参数。

本申请实施例所提供的方案中，采用在1553b接口仿真模块和1553仿真设备和卫星单机替换了原来的卫星单机软件仿真模块。半物理卫星仿真系统在仿真过程中，1553仿真设备一方面可接收卫星仿真计算机发送的请求指令，，另一方面可接收卫星单机基于请求指令发送的遥测数据，并将遥测数据发送给卫星仿真计算机。因此，在本申请实施例所提供的方案中，能够便捷地完成至少一个卫星仿真模块22中的卫星单机软件仿真模块与卫星单机(在1553b接口仿真模块21和1553仿真设备1配合下工作)之间的相互替换，同时只要修改配置文件就能适用于不同卫星单机。避免了仿真系统的配置不灵活，系统的开放性不足，进而提高了仿真系统的适用性。

可选地，所述卫星仿真计算机包括：卫星仿真模块、1553b接口仿真模块；其中，

所述卫星仿真模块，与所述地面系统以及所述1553b接口仿真模块连接，用于向所述1553b接口仿真模块发送所述请求指令，接收所述遥测数据，并根据所述遥测数据生成所述整星遥测数据，并将整星遥测数据发送给地面系统，以及接收所述地面系统发送的遥控指令，并根据所述遥控指令调整运行信息；

所述1553b接口仿真模块，与所述1553仿真设备连接，用于将所述请求指令发送给所述1553仿真设备，以及接收所述1553仿真设备转发的所述卫星单机基于所述请求指令发送的遥测数据，并将所述遥测数据发送给所述卫星仿真模块。

可选地，还包括：测控跟踪一体仿真设备；所述测控跟踪一体仿真设备设置于所述地面系统与所述卫星仿真计算机之间，用于将所述整星遥测数据调制成遥测信号发送给所述地面系统，并在调制信号时，根据卫星仿真模块发送的下行信号延时和多普勒信息，加入信号延时和信号多普勒，以及接收所述地面系统发送的遥控信号，将遥控信号解调成所述遥控指令后发送给所述卫星仿真计算机。

可选地，所述卫星仿真计算机与所述地面系统之间通过udp直接通信；或与所述测控跟踪一体仿真设备之间建立tcp连接，通过所述测控跟踪一体仿真设备与所述地面系统进行通信。

第二方面，本申请实施例提供了一种半物理卫星仿真方法，该方法包括：

向1553仿真设备发送请求指令，并接收所述1553仿真设备转发的外接卫星单机基于所述请求指令发送的遥测数据，根据所述遥测数据生成整星遥测数据，并将所述整星遥测数据发送给地面系统；

接收地面系统发送的遥控指令，并根据所述遥控指令调整运行信息，其中，所述运行信息包括工作状态、任务或配置参数。

可选地，接收所述地面系统发送的遥控指令，包括：

通过udp通信协议直接接收所述地面系统发送的遥控指令；和/或

接收测控跟踪一体仿真设备转发的所述地面系统发送的所述遥控指令。

可选地，接收地面系统发送的遥控指令，包括：

将所述遥控指令进行译码得到解析后的指令数据，根据所述解析后的指令数据判断所述遥控指令是否为直接指令；

若为直接指令，则将所述遥控指令发送给对应的逻辑功能仿真模块；若为间接指令，则将所述遥控指令发送给cmu仿真模块，当所述cmu仿真模块译码后，将所述译码数据转发给对应的逻辑功能仿真模块。

可选地，接收所述1553仿真设备转发的外接卫星单机基于所述请求指令发送的遥测数据，包括：

定期或周期性向所述逻辑功能仿真模块发送帧中断消息；

根据所述帧中断消息接收所述遥测数据，并将所述遥测数据存储到缓冲区。

第三方面，本申请实施例提供了一种半物理卫星仿真装置，该装置包括：

生成单元，用于向1553仿真设备发送请求指令，并接收所述1553仿真设备转发的外接卫星单机基于所述请求指令发送的遥测数据，根据所述遥测数据生成整星遥测数据，并将所述整星遥测数据发送给地面系统；

收发单元，用于接收地面系统发送的遥控指令，并根据所述遥控指令调整运行信息，其中，所述运行信息包括工作状态、任务或配置参数。

可选地，所述生成单元，具体用于：

通过udp通信协议直接接收所述地面系统发送的遥控指令；和/或

接收测控跟踪一体仿真设备转发的所述地面系统发送的所述遥控指令。

可选地，所述收发单元，具体用于：

将所述遥控指令进行译码得到解析后的指令数据，根据所述解析后的指令数据判断所述遥控指令是否为直接指令；

若为直接指令，则将所述遥控指令发送给对应的逻辑功能仿真模块；若为间接指令，则将所述遥控指令发送给cmu仿真模块，当所述cmu仿真模块译码后，将所述译码数据转发给对应的逻辑功能仿真模块。

可选地，所述生成单元，具体用于：

定期或周期性向所述逻辑功能仿真模块发送帧中断消息；

根据所述帧中断消息接收所述遥测数据，并将所述遥测数据存储到缓冲区。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的一种半物理卫星仿真系统的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的卫星仿真软件的结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种半物理卫星仿真方法的流程示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种半物理卫星仿真装置的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种半物理卫星仿真系统做进一步详细的说明，参见图1，该系统包括：1553仿真设备1以及卫星仿真计算机2，其中，

所述1553仿真设备1，一端与所述卫星仿真计算机2连接，另一端与外接卫星单机连接，用于将所述卫星仿真计算机2发送的请求指令通过1553b总线发送给所述外接卫星单机，以及通过1553b总线接收所述外接卫星单机发送的遥测数据，将所述遥测数据发送给所述卫星仿真计算机2；

所述卫星仿真计算机2，一端与所述1553仿真设备1连接，另一端与地面系统连接，用于接收所述遥测数据，根据所述遥测数据生成整星遥测数据，并将整星遥测数据发送给地面系统，以及接收所述地面系统发送的遥控指令，并根据所述遥控指令调整运行信息，其中，所述运行信息包括工作状态、任务或配置参数。

在一种可能实现的方式中，所述卫星仿真计算机2包括：卫星仿真模块21、1553b接口仿真模块22；其中，

所述卫星仿真模块21，与所述地面系统以及所述1553b接口仿真模块22连接，用于向所述1553b接口仿真模块22发送所述请求指令，接收所述遥测数据，并根据所述遥测数据生成所述整星遥测数据，并将整星遥测数据发送给地面系统，以及接收所述地面系统发送的遥控指令，并根据所述遥控指令调整运行信息。

所述1553b接口仿真模块22，与所述1553仿真设备21连接，用于将所述请求指令发送给所述1553仿真设备21，以及接收所述1553仿真设备21转发的所述卫星单机发送的遥测数据，并将所述遥测数据发送给所述卫星仿真模块21。

在本申请实施例所提供的方案中，1553仿真设备1与卫星单机之间通过1553b总线连接，1553仿真设备1与卫星仿真计算机2之间通过tcp/ip网络进行通信连接，卫星仿真计算机2与地面系统之间通过tcp/ip网络进行通信连接。在卫星仿真计算机设备数据库中保存着1553b接口仿真软件以及卫星仿真软件，其中，卫星仿真软件是基于windows呈现基础(windowspresentationfoundation，wpf)技术的可扩展框架，参见图2，卫星仿真软件以框架+模块类库的方式实现应用程序组合中框架与逻辑部分的结合，通过框架提供系统的图形用户界面、公共接口、模块及插件加载和管理。采用udp数据总线架构，完成逻辑功能模块化，卫星主要单机都为单独的仿真模块，通过udp网络协议与卫星仿真软件框架系统通信。提供用户显示界面，显示仿真系统工作状态、工作日志、卫星遥测、绘制曲线。提供用户操作交互界面，具备初始化设置、仿真速度控制、修改遥测、本控发令、故障注入等功能。

具体的，地面系统中设置有输入设备，例如，输入设备包括键盘或者触控屏等，用户从地面系统通过地面测试设备或网络，输入遥控指令，地面系统将遥控指令发送给卫星仿真计算2。卫星仿真计算机2中卫星仿真模块21在接收到遥控指令之后，调用数据库中卫星仿真软件，然后根据初始化设置配置仿真初始状态。卫星仿真模块21通过udp通信与1553b接口仿真模块21建立通信连接，并通过dp通信将遥控指令发送给1553b接口仿真模块22，1553b接口仿真模块22接收到遥控指令之后，调用数据库中1553b接口仿真软件，然后根据初始化设置配置仿真初始状态。为了便于理解下面分别对不同模块或设备的工作过程进行简要介绍。

一、对于卫星仿真模块

卫星仿真模块21启动仿真后，并通过tcp/ip网络与1553b接口仿真模块22建立udp通信，以及与地面系统建立udp通信，然后通过tcp/ip网络收集1553b接口仿真模块22转发的卫星单机第一遥测数据，以及卫星仿真模块21产生的第二遥测数据，再根据第一遥测数据以及第二遥测数据组成整星遥测数据。进一步，卫星仿真模块21还可以通过tcp/ip网络接收到遥控指令数据后，进行数据解析，然后发给对应的仿真模块，其中卫星单机相关的指令通过tcp/ip网络发送给1553b接口仿真模块22。内部逻辑功能仿真模块收到遥控指令后，根据模型描述和指令准则，改变状态和相关的遥测参数值。

二、对于1553b接口仿真模块

1553b接口仿真模块22所调用的1553b接口仿真软件启动后，读取配置文件，通过tcp/ip网络，与卫星仿真模块21建立udp通信，与1553仿真设备1建立tcp通信。通过tcp通信，设置1553仿真设备1的工作参数。当收到卫星仿真模块21需要发送给卫星单机的指令数据后，按照通信协议发送给1553仿真设备1。1553仿真设备1通过1553b总线收到卫星单机的遥测数据后，按照通信协议发送给1553b接口仿真模块22，1553b接口仿真模块22解析后，通过udp通信，发送给卫星仿真模块21。

三、对于1553仿真设备1

1553仿真设备1设备启动后，作为tcp服务端，等待1553b接口仿真模块22连接。与1553b接口仿真模块22建立tcp通信后，接收1553b接口仿真模块22发送的工作参数，按照相关参数完成设备状态配置。通过tcp通信收到卫星单机遥控指令数据后，通过1553b总线，发送给卫星单机。通过1553b总线接收卫星单机遥测数据后，通过tcp通信，发送给1553b接口仿真模块22。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述系统还包括：测控跟踪一体仿真设备3；所述测控跟踪一体仿真设备3设置于所述地面系统与所述卫星仿真计算机2之间，用于将所述整星遥测数据发送给所述地面系统，以及接收所述地面系统发送的遥控指令，将所述遥控指令发送给所述卫星仿真计算机2。

具体的，测控跟踪一体仿真设备2设备启动后，作为tcp服务端，等待卫星仿真模块21连接。建立tcp连接后，当收到卫星仿真模块21接收到的整帧遥测数据后，会根据整星遥测数据仿真计算卫星的轨道参数、信号时延以及多普勒频偏，然后将整星遥测数据、卫星的轨道参数、信号时延以及多普勒频偏发送给测控跟踪一体仿真设备2，然后测控跟踪一体仿真设备2将整星遥测数据调制成70mhz的遥测信号发送给地面系统；当收到卫星仿真模块21发送的控制指令后，按照指令修改工作状态和参数(包含：延时信息和多普勒信息)；当收到地面的遥控信号后，解调出遥控数据，发送给卫星仿真模块21。

在一种可能实现的方式中，所述卫星仿真计算机2与所述地面系统之间通过udp直接通信；和/或与所述测控跟踪一体仿真设备3之间建立tcp连接，通过所述测控跟踪一体仿真设备3与所述地面系统进行通信。

具体的，卫星仿真计算机2与测控跟踪一体仿真设备3建立tcp通信，与地面系统建立udp通信。调用内部逻辑功能仿真模块，进行星上功能和遥测数据仿真，通过tcp/ip网络收集1553b接口仿真软件转发的卫星单机遥测数据，通过tcp/ip网络收集测控跟踪一体仿真设备3的遥测数据，然后组成整星遥测数据，通过tcp/ip网络发送给地面系统和测控跟踪一体仿真设备3。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，卫星仿真系统仿真包括遥控指令接收、分发以及遥测数据下传这两个关键步骤，为了便于理解下面对这两个步骤的过程进行简要介绍。

1、遥控指令接收、选择、分发

在本申实施例所提供的方案中，卫星仿真计算2还包括至少一个逻辑功能仿真模块(在图中未标出)。具体的，遥控指令接收、分发过程步骤如下：

1)用户从地面系统通过地面测控设备或网络，发送遥控指令给卫星仿真系统；

2)测控跟踪一体仿真设备3，收到遥控指令后，解调出遥控指令数据发送给卫星仿真模块21；或卫星仿真模块21通过udp通信直接收到地面发送的遥控数据；

如果卫星仿真模块同时通过网络和测控跟踪一体机收到遥控数据时，调用优先级识别和控制功能，选择其中一个遥控指令，开展后续处理。

3)卫星仿真模块21收到遥控指令数据后进行译码，得到解析后的遥控指令数据，然后，根据解析后的遥控指令数据判断指令类型，其中，指令类型包括直接指令以及间接指令；

4)如果是直接指令，则将译码后的指令数据转发到对应的逻辑功能仿真模块；如果是间接指令，则转发给cmu仿真模块，cmu仿真模块译码后，将译码后的数据转发到对应的逻辑功能仿真模块。

2、遥测数据采集下传

在本申实施例所提供的方案中，卫星仿真计算2还包括定时模块(在图中未标出)。具体的，遥测数据采集下传过程如下：

1)、卫星仿真模块的定时模块，定期向逻辑功能仿真模块发送帧中断消息；

2)、逻辑功能仿真模块收到帧中断消息后，仿真卫星时间变化、遥测帧计数变化，并接收1553b仿真接口模块21的仿真数据和测控跟踪一体仿真设备3的仿真数据，以及卫星仿真模块产生的遥测数据，一并存储到相应的缓冲区；

3)、逻辑功能仿真模块触发帧中断的operator操作。

进一步，对于上述相关的oprator操作包括：

a)、相关的逻辑功能仿真模块进行处理，更新参数及相关的缓冲区数据；

b)、进行组帧operator操作；

c)、判断是否有选路下传，有的话执行获取选路下传数据；

d)、判断是否有异步源包数据，有的话进行异步源包组帧；

e)、组测控的16路遥测；

f)、组cmu的256路遥测；

g)、如果有内存下载，进行内存下载组帧。

本申请实施例所提供的方案中，采用在1553b接口仿真模块和1553仿真设备和卫星单机替换了原来的卫星单机软件仿真模块。半物理卫星仿真系统在仿真过程中，1553仿真设备一方面可接收卫星仿真计算机发送的请求指令，，另一方面可接收卫星单机基于请求指令发送的遥测数据，并将遥测数据发送给卫星仿真计算机。因此，在本申请实施例所提供的方案中，能够便捷地完成至少一个卫星仿真模块22中的卫星单机软件仿真模块与卫星单机(在1553b接口仿真模块21和1553仿真设备1配合下工作)之间的相互替换，同时只要修改配置文件就能适用于不同卫星单机。避免了仿真系统的配置不灵活，系统的开放性不足，进而提高了仿真系统的适用性。

本申请实施例提供了一种半物理卫星仿真方法，应用于图1所述的系统，参见图3，该方法包括：

步骤301，向1553仿真设备发送请求指令，并接收所述1553仿真设备转发的外接卫星单机基于所述请求指令发送的遥测数据，根据所述遥测数据生成整星遥测数据，并将所述整星遥测数据发送给地面系统。

步骤302，接收地面系统发送的遥控指令，并根据所述遥控指令调整运行信息，其中，所述运行信息包括工作状态、任务或配置参数。

可选地，接收所述地面系统发送的遥控指令，包括：

通过udp通信协议直接接收所述地面系统发送的遥控指令；和/或

接收测控跟踪一体仿真设备转发的所述地面系统发送的所述遥控指令。

可选地，接收地面系统发送的遥控指令，包括：

将所述遥控指令进行译码得到解析后的指令数据，根据所述解析后的指令数据判断所述遥控指令是否为直接指令；

若为直接指令，则将所述遥控指令发送给对应的逻辑功能仿真模块；若为间接指令，则将所述遥控指令发送给cmu仿真模块，当所述cmu仿真模块译码后，将所述译码数据转发给对应的逻辑功能仿真模块。

可选地，接收所述1553仿真设备转发的外接卫星单机基于所述请求指令发送的遥测数据，包括：

定期或周期性向所述逻辑功能仿真模块发送帧中断消息；

根据所述帧中断消息接收所述遥测数据，并将所述遥测数据存储到缓冲区。

具体的，对于一种半物理卫星仿真方法过程在上述半物理卫星仿真系统中已介绍，在此不做赘述。

基于与上述图3所示的方法相同的发明构思，本申请实施例提供了一种半物理卫星仿真装置，参见图4，该装置包括：

生成单元401，用于向1553仿真设备发送请求指令，并接收所述1553仿真设备转发的外接卫星单机基于所述请求指令发送的遥测数据，根据所述遥测数据生成整星遥测数据，并将所述整星遥测数据发送给地面系统。

收发单元402，用于接收地面系统发送的遥控指令，并根据所述遥控指令调整运行信息，其中，所述运行信息包括工作状态、任务或配置参数。

可选地，所述生成单元401，具体用于：

通过udp通信协议直接接收所述地面系统发送的遥控指令；和/或

接收测控跟踪一体仿真设备转发的所述地面系统发送的所述遥控指令。

可选地，所述收发单元402，具体用于：

将所述遥控指令进行译码得到解析后的指令数据，根据所述解析后的指令数据判断所述遥控指令是否为直接指令；

若为直接指令，则将所述遥控指令发送给对应的逻辑功能仿真模块；若为间接指令，则将所述遥控指令发送给cmu仿真模块，当所述cmu仿真模块译码后，将所述译码数据转发给对应的逻辑功能仿真模块。

可选地，所述生成单元401，具体用于：

定期或周期性向所述逻辑功能仿真模块发送帧中断消息；

根据所述帧中断消息接收所述遥测数据，并将所述遥测数据存储到缓冲区。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。