[发明专利]一种用于GNC系统的多模式在线实时自主切换仿真系统及方法

权利要求书

1.一种用于GNC系统的多模式在线实时自主切换系统，其特征在于：该仿真系统包括产品模型、动力学仿真机、自主故障诊断及切换单元、矩阵切换单元、模拟器、星载GNC计算机和实物产品；GNC系统中包括姿态敏感器、导航敏感器、星载GNC计算机和执行机构；

所述的产品模型包括导航敏感器模型、姿态敏感器模型和执行机构模型，采用数字模型的方式模拟姿态敏感器的功能、时序和通讯协议，还用于模拟导航敏感器的功能、时序和通讯协议，还用于模拟执行机构的功能、时序和通讯协议，还能够通过板卡模拟实物产品的硬件输入输出信息接口；产品模型还用于接收动力学仿真机的激励信号；

所述的动力学仿真机中运行有卫星姿态、轨道动力学模型的实时仿真程序，并能够输出姿态敏感器模型所需的激励信号和导航敏感器模型所需的激励信号，动力学仿真机还用于输出卫星的姿态信息、卫星的位置信息和卫星的轨道信息给模拟器；还用于输出模拟器所需的激励信号，还用于接收执行机构的状态信息，并根据接收到的执行机构的状态信息作用于卫星姿态、轨道动力学模型；通过动力学仿真机驱动产品模型模拟GNC姿态敏感器的测量信息、导航敏感器的测量信息和执行机构的状态信息，通过动力学仿真机驱动模拟器激励实物产品产生相应的测量数据；

所述的自主故障诊断及切换单元用于实时采集矩阵切换单元线上信号，还用于实时采集星载GNC计算机输出的遥测数据，结合数据协议格式以及GNC系统的遥测数据状态，自主判别信号链路的故障状态和实物产品的故障状态，根据判断得到的信号链路的故障状态和实物产品的故障状态输出实时控制指令给矩阵切换单元；

所述的矩阵切换单元用于同时接收产品模型的信息和实物产品的信息，根据自主故障诊断及切换单元的实时控制指令，实时在产品模型和实物产品之间进行切换，并输出产品模型中姿态敏感器模型和导航敏感器模型的测量信息给星载GNC计算机，或者输出实物产品中姿态敏感器和导航敏感器的测量信息给星载GNC计算机，还输出产品模型中执行机构的状态数据给星载GNC计算机或输出实物产品中执行机构的数据给星载GNC计算机；

所述的模拟器用于接收动力学仿真机输出的卫星的姿态信息、卫星的位置信息和卫星的轨道信息，并根据接收到的信息模拟产生姿态敏感器和导航敏感器所需的激励信号；

所述的星载GNC计算机用于接收产品模型输出的测量信号或实物产品输出的测量信号，解算卫星的姿态信息、位置信息和轨道信息，并输出相应的控制指令给执行机构，控制卫星的运动，同时输出GNC系统遥测信息给自主故障诊断及切换单元；

所述的实物产品是指卫星GNC系统配置的产品；

数据协议格式包括数据帧头、帧计数、校验和等信息；

实物产品包括姿态敏感器、导航敏感器和执行机构；

实物产品用于测量或控制卫星的姿态、位置和轨道状态；

姿态敏感器包括太阳敏感器、地球敏感器、磁强计、惯性敏感器、星敏感器、紫外敏感器；

导航敏感器包括卫星导航敏感器、光学导航敏感器、光电导航敏感器、射频导航敏感器；

执行机构包括飞轮、控制力矩陀螺、推力器；

所述推力器包括化学推力器、离子推力器、霍尔推力器；

产品模型通过RS422接口板卡、CAN总线接口板卡或1553B总线接口板卡模拟实物产品的硬件输入输出信息接口。

2.一种用于GNC系统的多模式在线实时自主切换仿真的方法，其特征在于该方法的步骤包括：

(1)动力学仿真机中运行卫星姿态、轨道动力学模型的实时仿真程序，并能够输出姿态敏感器模型所需的激励信号和导航敏感器模型所需的激励信号，动力学仿真机还用于输出卫星的姿态信息、卫星的位置信息和卫星的轨道信息给模拟器；

(2)模拟器根据接收到的动力学仿真机输出的卫星的姿态信息、卫星的位置信息和卫星的轨道信息，模拟产生姿态敏感器和导航敏感器所需的激励信号；同时产品模型接收动力学仿真机的激励信号；

(3)产品模型的信息和实物产品的信息均输出给矩阵切换单元，矩阵切换单元将接收到的信息输出给星载GNC计算机和自主故障诊断及切换单元，星载GNC计算机根据接收到的信息进行卫星的姿态信息、位置信息和轨道信息的解算，根据解算结果输出相应的控制指令给执行机构，控制卫星的运动，同时输出GNC系统遥测信息给自主故障诊断及切换单元；

(4)自主故障诊断及切换单元用于实时采集矩阵切换单元线上信号和星载GNC计算机输出的遥测数据，结合数据协议格式以及GNC系统的遥测数据状态，自主判别信号链路的故障状态和实物产品的故障状态，根据判断得到的信号链路的故障状态和实物产品的故障状态输出实时控制指令给矩阵切换单元；

(5)矩阵切换单元根据自主故障诊断及切换单元的实时控制指令，实时在产品模型和实物产品之间进行切换，并输出产品模型中姿态敏感器模型和导航敏感器模型的测量信息给星载GNC计算机，或者输出实物产品中姿态敏感器和导航敏感器的测量信息给星载GNC计算机，还输出产品模型中执行机构的状态数据给星载GNC计算机或输出实物产品中执行机构的状态数据给星载GNC计算机。