一种数字卫星仿真系统及数字卫星状态快速切换方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航天、航空中卫星测实技术领域，尤其涉及一种基于状态池及时钟脉冲的数字卫星仿真系统及数字卫星状态快速切换方法。
【背景技术】
[0002]传统的卫星设计流程中，物理卫星硬件研制、星上软件开发、软件加载到整星物理系统测试三个环节是独立进行的，并且各个环节都使用真实物理卫星硬件环境。但是真实的物理卫星硬件环境受成本、技术条件等各方面的限制，存在很多问题；如无法生成多批次同样卫星进行各种试验，无法对卫星进行相关的具有一定危险性的测试，无法模拟空间任务等等。
[0003]数字卫星仿真系统利用计算机软硬件及网络环境，在地面实验室中通过卫星数据模型实现卫星产品的数字化虚拟，将真实物理卫星通过地面计算机设备虚拟化为全数字模式。数字卫星仿真系统通过卫星数字化代替真实物理卫星的方式，可以有效解决传统的使用真实物理卫星开发所不能解决的问题，数字卫星仿真系统的出现可以极大的提高卫星研发生产力，同时可以很大程度上提升卫星产品的质量与可靠性。
[0004]在数字卫星仿真系统使用过程中，如果能快速在卫星的各个工作状态中切换，则能充分提升仿真系统在卫星任务演练、故障试验等应用科目上的使用能力和效率。传统的数字卫星仿真系统由于需要和动力学系统相配合，而动力学系统运行过程中的各项状态属于紧耦合特点，动力学系统的状态在运行过程中无法快速切换；如果仅仅快速切换数字卫星仿真系统中的卫星工作状态，由于工作状态切换后同动力学系统中已有的状态不一致，会导致卫星工作状态保持时间短，状态出现异常情况概率高，卫星后续继续运行容易出现故障。故需要一种新的方法，实现卫星工作状态自动快速切换的功能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，针对现有技术中数字卫星无法快速在各个工作状态中切换的技术问题，提供一种数字卫星仿真系统及数字卫星状态快速切换方法，利用状态池，配合动力学系统，实现了数字卫星工作状态自动快速切换的功能。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种数字卫星仿真系统，包括状态池，所述状态池中包含当前状态栈、目标工作状态栈、状态表、状态树、指令池以及执行池；所述当前状态栈，用于保存数字卫星所处的当前工作状态；所述目标工作状态栈，用于保存用户设定的数字卫星状态切换所需切入的目标工作状态；所述状态表，用于保存数字卫星当前可切换的各个工作状态以及每个工作状态所需要的上下文数据；所述状态树，用于保存数字卫星各个工作状态间切换对应的指令ID以及每个工作状态保持需要上注的指令ID ;所述指令池，用于保存数字卫星保持各个工作状态所需的指令以及各个工作状态间切换需要的切换指令，其中每条指令唯一对应一指令ID号；所述执行池，用于保存数字卫星从当前工作状态切换到目标工作状态并保持目标工作状态所需的指令序列以及动力学系统初始化需要的动力学初值，其中，所述指令序列中的指令来自所述指令池，所述动力学初值来自所述状态表中的上下文数据。
[0007]为实现上述目的，本发明还提供了一种数字卫星状态快速切换的方法，采用本发明所述的数字卫星仿真系统，包括如下步骤:(I)实时将数字卫星当前工作状态填写到数字卫星仿真系统中状态池的当前状态栈中；(2)接收到状态快速切换指令后，从状态池的目标工作状态栈中读取切换指令对应的目标工作状态；(3)根据所述当前状态栈以及所述目标工作状态栈，获取数字卫星从当前工作状态切换到目标工作状态并保持目标工作状态所需的指令序列以及动力学系统初始化需要的动力学初值，并写入所述状态池的执行池中；(4)从所述执行池中读取动力学初值以设置动力学系统初始状态的各项值，同时从所述执行池中读取指令序列并依次将指令序列中的各项指令发送到数字卫星，将数字卫星快速切换到对应目标工作状态中。
[0008]本发明的优点在于:当数字卫星仿真系统接收到用户快速状态切换指令后，仿真系统会从状态池的执行池中读取动力学初值以设置动力学系统初始状态的各项值，同时依次发送执行池中指令序列中的各项指令，实现将数字卫星快速切换到对应目标工作状态中。利用状态池、配合时间脉冲，实现了数字卫星工作状态自动快速切换以及数字卫星和动力学系统同步运行。
【附图说明】
[0009]图1，本发明所述的数字卫星仿真系统的架构示意图；
[0010]图2，本发明所述状态表的架构示意图；
[0011]图3，本发明所述状态树的架构示意图；
[0012]图4，本发明所述指令池的架构示意图；
[0013]图5，本发明所述执行池的架构示意图；
[0014]图6，本发明所述的数字卫星状态快速切换的方法的流程示意图；
[0015]图7，数字卫星仿真系统状态快速切换工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明提供的数字卫星仿真系统及数字卫星状态快速切换方法做详细说明。
[0017]参考图1，本发明所述的数字卫星仿真系统的架构示意图，所述仿真系统包括状态池10，所述状态池10中包含当前状态栈11、目标工作状态栈12、状态表13、状态树14、指令池15以及执行池16。其中，状态池10可以保存数字卫星的各个工作状态和工作状态间转换关系，所需的各种值数据，以及所需的指令数据，同时实时记录卫星当前工作状态，便于一键快速切换。
[0018]所述当前状态栈11，用于保存数字卫星所处的当前工作状态。
[0019]所述目标工作状态栈12，用于保存用户设定的数字卫星状态切换所需快速切入的目标工作状态。
[0020]所述状态表13，用于保存数字卫星当前可切换的各个工作状态以及每个工作状态所需要的上下文数据。所述上下文数据包括轨道数据、姿态数据、控制单机数据等数据，任何卫星系统一定有一个初始启动状态。
[0021]作为可选的实施方式，所述状态表13中包括状态ID号、状态名、上下文表ID号以及上下文表。参考图2，本发明所述状态表的架构示意图，所述状态表13通过表格的形式来保存数据，便于存储以及查找。所述状态ID号，用于唯一标识数字卫星的各个工作状态，即卫星的每个工作状态对应唯一状态ID号来标识；所述状态名，用于保存数字卫星每一工作状态的名字；所述上下文表ID号，用于唯一标识数字卫星每一工作状态对应的上下文表；所述上下文表，用于保存有数字卫星每一工作状态对应的上下文数据，即每个工作状态都对应唯一的一个上下文表，每个上下文表都有唯一的一个上下文表ID号。其中，状态表13中的状态ID号、状态名、上下文表ID号以及上下文表中包含的上下文数据都可以由用户人为进行设置。
[0022]所述状态树14，用于保存数字卫星各个工作状态间切换对应的指令ID以及每个工作状态保持需要上注的指令ID。状态树14是数字卫星各个工作状态间的状态转换关系树，描述各个工作状态间切换对应的指令ID，以及每个工作状态保持需要上注的指令ID。
[0023]作为可选的实施方式，所述状态树14上