[发明专利]一种临近空间浮空器半物理仿真系统、航电系统测试与飞控半物理仿真方法及地面操纵方法

说明书

本发明涉及基于模块化设计的临近空间浮空器半物理仿真系统，其中，该系统包括机载计算机、仿真计算机、执行机构、采集系统、链路系统、地面测控站、调试分线盒。另外，本发明还涉及一种临近空间浮空器航电系统测试与飞控半物理仿真方法和一种临近空间浮空器地面操纵方法。本发明实现了(1)临近空间浮空器半物理仿真；(2)半物理仿真平台的重复利用；(3)航电系统的地面验证试验；(4)地面飞行操纵，进而解决现有技术中存在的临近空间浮空器半物理仿真实时性和同步性、有效提高了临近空间浮空器的仿真效果。

技术领域

本发明涉及一种基于模块化设计的临近空间浮空器半物理系统、航电系统测试与飞控半物理仿真方法与地面操纵方法，适用于不同构型临近空间浮空器的半物理仿真、航电系统集成测试和操纵训练，属于计算机仿真技术及应用领域。

背景技术

临近空间一般指距地面20～100km，即普通航空器飞行空间与卫星轨道空间之间的空域。临近空间浮空器是指能够飞行在临近空间执行特定任务的浮空器，既能比卫星提供更多更精确的信息(相对于某一特定区域)，并节省使用卫星的费用，又能比通常的航空器减少遭地面敌人攻击的机会。

临近空间浮空器高空试飞试验周期长，成本高，重复利用率低，从而对临近空间浮空器高空试飞进行仿真试验是降低试验周期和成本的主要手段，其中数值仿真可以进行原理性验证，无法结合实际设备物理特性进行研究。因次，进行半物理仿真试验是必不可少的。尤其，在其即将进入产品化的现阶段，需要进行大量的半物理仿真试验来缩短研制周期。

目前，世界众多已进入在轨验证阶段或研究的航天部门均非常重视关键技术的地面验证工作，建立了全物理/半物理仿真平台，以此降低系统研制风险。在现有系统方案基础上，基于半物理仿真平台搭建航电系统设备测试平台与人员训练平台，可用于验证真实系统的可靠性和培训地面操控人员。上述平台可提供一种航电系统集成测试方案与操控训练方案，极大提高高空飞行试验的成功率。但是，临近空间浮空器布局方案的多样化与其自身建模的不确定性，增加了其半物理飞行控制仿真试验的难度。因此，如何构建简洁可靠、可重复利用的临近空间浮空器飞行平台半物理飞仿真系统是临近空间浮空器的关键技术之一。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提出了基于模块化设计的临近空间浮空器半物理仿真系统、方法与地面操纵方法，解决了以下技术问题：(1)临近空间浮空器半物理仿真；(2)半物理仿真平台的重复利用；(3)航电系统的地面验证试验；(4)地面的飞行操纵。

本发明提供一种基于模块化设计的临近空间浮空器半物理仿真系统，包括：机载计算机、仿真计算机、执行机构、采集系统、链路系统、地面测控站、调试分线盒，其特征在于：

机载计算机，包括飞行管理计算机、飞行控制计算机和采集计算机，实现机载数据采集、机载数据处理、飞行控制及安全控制；机载计算机内运行与其实际工作时的机载程序；

仿真计算机，其采用高计算能力工作站，运行模拟临近空间浮空器飞行的仿真程序；仿真计算机与机载计算机之间通过串口进行通信，仿真计算机接收来自机载计算机解算出的作动机构控制量，通过仿真计算得到下一时刻浮空器的飞行状态，并回传给飞行控制计算机；

执行机构包括高空螺旋桨推进系统、矢量推进系统、喷气推进系统与气动舵面；

采集系统，用于采集浮空器在飞行时的状态；

链路系统，其是地面测控站与机载端的通信媒介；

地面测控站，其是地面人员的操控终端，接受来自机载端的遥测数据，将其解析展示给操纵人员，实现对浮空器的监测；还用于将操纵人员的操纵指令上传至机载端，实现对浮空器的控制；

调试分线盒，其是将机载计算机所有物理接口进行整合的设备，对各个端口进行重新配置，实现模块化处理。