[发明专利]微小卫星编队系统的仿真验证平台及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空航天领域的控制方法仿真与验证。特别是涉及一种微小卫星编队系统的仿真验证平台及实现方法。

背景技术

空间环境已经成为与人类发展息息相关除陆海空的第四环境，相较于传统的单颗卫星而言，多卫星以其具有的在轨冗余性、稳健性、可靠性和抗毁性等特点倍受人们的关注，有助于提高空间的探测能力，保证我国有效和平利用空间，成为许多航天任务的首选方案。卫星编队飞行能够简化空间探测任务，扩大观测域，同时通过系统重构及时地清除损坏个体，还可以根据任务的变更替换系统中的卫星载荷，提高卫星系统对任务的适应性。由此，一个由微小卫星组成的编队飞行系统就可以完成天基的任务更换，从而可以以极短的周期、极低的成本和极高的可靠性来完成新旧任务的更替。目前国内卫星编队控制系统的研究仍处于起步阶段。并且相关的控制方案和算法缺少实际的分析环境，而实物环境在科研初期需要投入大量风险成本，因此搭建一个卫星编队仿真验证环境对卫星编队系统的理论研究和方法验证是十分重要的。

卫星编队控制系统不同于普通航天飞行器，其系统的功能是由多个航天器互相协同完成，因此存在着复杂的信息交互。这对卫星位置姿态控制及卫星任务管理、调度控制提出了新的要求。基于单一领域仿真模型集成的方法不利于系统的扩展,集成后系统仿真结果置信度低;基于统一建模语言方法需要对已有模型重新用数学方程描述,无法充分利用已有研究成果,并且有些模型无法用方程描述;基于异构仿真环境可以实现仿真系统灵活构建,有效提高仿真效率,集成现有研究成果;基于分布式建模与仿真方案具有一定的灵活性、可扩展性,减少网络数据冗余,最大限度保证数据一致性,并可将真实仿真、虚拟仿真等集成到统一的仿真环境中。

微小卫星仿真平台采用计算机实时仿真和嵌入式软硬件技术实现卫星编队的控制方法仿真与验证，其最大的特色在于仿真模型可以快速高效的移植到平台上，符合微小卫星仿真的应用需求和发展趋势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够支持多微小卫星系统从编队控制系统设计到实时仿真测试的微小卫星编队系统的仿真验证平台及实现方法。

本发明所采用的技术方案是：一种微小卫星编队系统的仿真验证平台及实现方法，微小卫星编队系统的仿真验证平台，包括：用于下载仿真模型和进行仿真数据监控的仿真与验证主控平台、仿真主星、多个仿真从星和与多个仿真从星相对应的多个卫星控制器，其中，所述的仿真主星和多个仿真从星通过以太网与仿真与验证主控平台进行通信，所述的仿真主星与多个卫星控制器通过无线Wifi通信，所述的多个仿真从星与多个卫星控制器一一对应的通过RS232接口相连接。

所述的卫星控制器包括有主控制器，与主控制器通过RS232串口相连的Wifi无线通信模块，与主控制器相连的辅控制器以及分别向主控制器和辅控制器提供电源的电源模块，其中主控制器通过Wifi无线通信模块与所述的仿真主星进行通信，所述的辅控制器的输出通过RS232串口连接所对应的卫星控制器。

所述的辅控制器包括有FPGA辅控制器，分别与FPGA辅控制器相连的由3片SN74ALVC164245芯片组成电压匹配电路和由ADUM1400芯片构成的电压隔离电路，其中，所述的3片SN74ALVC164245芯片分别对应的通过控制线、数据线和地址线连接主控制器，所述的ADUM1400芯片通过RS232串口连接所对应的卫星控制器。

一种用于微小卫星编队系统的仿真验证平台的运行方法，通过仿真与验证主控平台启动仿真进程，提供编队任务的初始化条件，构建主从结构的实时仿真环境；仿真主星运行编队控制软件，通过无线通讯方式发送控制指令到控制器，控制器经过仿真计算通过串口发送控制信号给仿真从星，仿真从星模拟卫星动力学模型和环境模型，提供卫星的状态信息，与卫星控制器形成控制闭环，仿真数据回传到仿真与验证主控平台上，通过数据库，进行统一的管理和分析；

其中，所述的仿真与验证主控平台的运行方法包括如下步骤：

1）建立仿真与验证主控平台与仿真主星和仿真从星的连接，并下载实时仿真程序；

2）初始化设置；

3）启动实时仿真；

4）判断是否发布新任务，是则进入下一步骤，否则进入步骤6）；

5）发布编队任务至仿真主星；

6）进行仿真监控，并判断仿真是否结束，是则进入下一步骤，否则返回步骤4）；

7）断开仿真与验证主控平台与仿真主星和仿真从星的连接；

8）进行仿真数据管理；

所述的卫星控制器的运行方法包括如下步骤：