[发明专利]一种航天器动力学分布式计算方法

说明书

一种航天器动力学分布式计算方法，属于控制与仿真技术领域。该方法利用分布式计算策略，将多个航天器的动力学仿真工作分布于不同仿真计算机中进行，每个仿真计算机仅针对一个航天器进行动力学解算，再通过不同仿真计算机间的数据交换获得其他航天器的动力学数据，完成多航天器联合仿真测试任务。本发明解决了现有集中式仿真技术在多目标动力学集中仿真时(如航天器编队飞行)遇到的仿真计算机计算能力不足，重复建模等缺点，提高了仿真的计算效率。

技术领域

本发明涉及一种航天器动力学分布式计算方法，尤其涉及一种针对多目标动力学联合仿真的分布式计算方法，属于控制与仿真技术领域。

背景技术

对于航天器GNC系统设计与验证而言，航天器动力学仿真是一个不可缺少的环节并贯穿整项工程的始终。它模拟了航天器的空间环境和航天器的轨道、姿态运动，为航天器控制系统的设计提供了一个数学仿真环境。控制系统根据动力学仿真系统产生的姿轨信息和敏感器信息，计算出控制信息并反馈给动力学仿真系统，由此验证控制系统的有效性。

航天器在进行地面物理仿真实验时，对动力学计算效率的要求非常严格，需要在一个控制周期内完成所有的动力学解算及敏感器激励工作。但是，由于目前无分布式计算方法，因此航天器动力学仿真都是针对任务建立特定的动力学仿真模型，并将所有动力学计算放在同一台仿真计算机中集中进行。当遇到需要对多航天器进行联合测试时(如航天器编队飞行等任务)，利用当前的动力学仿真手段便较难完成测试工作。遇到的问题主要如下：

1)由于不同任务、不同编队构型下涉及的航天器数量、种类不同，因此不同仿真任务中可能会对同一航天器重复建模，并需要重新设计动力学模型或仿真计算结构。

2)由于单台仿真计算机的计算能力有限，当需要同时仿真的航天器较多时，必将导致在同一个控制周期内无法完成多航天器的仿真计算任务。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种航天器动力学分布式计算方法，解决了多航天器联合仿真时的动力学分布式计算问题。

本发明的技术方案是：一种航天器动力学分布式计算方法，步骤如下：

(1)将需要同时仿真的各个航天器模型分别布局在各自的仿真计算机上，选择一台仿真计算机作为本仿真计算机，其上布局的航天器作为本航天器；

(2)在每台仿真计算机上，对自身布局的航天器以及联合仿真的其他航天器物理参数进行初始化，其中自身布局的航天器要初始化的物理参数包括质量、转动惯量、质心位置、帆板柔性模型、对接口位置、执行机构及敏感器安装位置，联合仿真的其他航天器物理参数包括质心位置、相对导航敏感器安装位置、转动惯量、质量；

(3)T仿真时刻，本仿真计算机通过数据交换获得本航天器以外其它航天器T-1仿真时刻的动力学数据，并对获得的其它航天器动力学数据进行扩展计算，得到其它航天器T-1仿真时刻的动力学参数；

(4)利用其它航天器T-1仿真时刻的动力学数据、扩展计算出的动力学参数，以及本航天器T-1仿真时刻的动力学数据，进行多航天器间相对导航解算，得到T-1仿真时刻本航天器与其他航天器间的相对关系；

(5)利用本航天器T-1仿真时刻动力学数据、步骤(4)得到的与其它航天器间的相对关系，计算出T-1仿真时刻本航天器相对导航敏感器和非相对导航敏感器的激励数据；

(6)根据步骤(4)得到的本航天器与其它航天器间的相对关系，判断本航天器与其它航天器的对接状态；

(7)根据对接状态计算本航天器T仿真时刻的动力学数据；

(8)将本航天器T仿真时刻的动力学数据依据通讯协议输出给其它航天器，实现T仿真时刻多目标动力学联合仿真的分布式计算。