基于AODV协议无线智能网络的卫星姿态控制仿真系统技术方案

一种基于AODV协议无线智能网络的卫星姿态控制仿真系统，包括实物仿真系统和数学仿真系统，数学仿真系统上有光纤陀螺数学模型、反作用飞轮数学模型；实物仿真系统进行卫星俯仰通道姿态控制的实物仿真，数字仿真系统进行卫星滚动和偏航通道姿态控制的数学仿真；实物仿真系统包括单轴气浮台、无线智能网络节点、星载计算机、光纤陀螺、反作用飞轮以及电源；所述光纤陀螺、星载计算机、反作用飞轮以及仿真计算机均连接有一个或多个无线智能网络节点，它们之间通过无线智能网络节点进行通信。本发明专利技术具有仿真灵活性高、仿真系统成本低和实施性强的优点；能提高小卫星姿态控制仿真测试的灵活性和可行性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航天器仿真测试
，具体涉及一种无线自组织网络的航天器姿 态控制半实物仿真系统。
技术介绍
卫星姿态控制系统在卫星控制系统设计中占有非常重要的地位，故姿态控制系统 仿真对于加快卫星控制系统的研究进度、缩短研制周期、提高控制系统的可靠性具有十分 重要的实际意义。半实物仿真就是在全数学仿真的基础上，通过将星载计算机以及需要重 点考虑的传感器以及执行器引入控制回路，其它部分仍采用数学仿真。 传统的仿真系统的设计方法是将传感器、星载计算机以及执行器之间均通过有线 数据电缆连接。这种设计方法会导致仿真测试时增加大量的测试线缆以及连接器，同时使 得仿真测试系统的灵活性和实施性受到约束。 无线自组织网络由于其可移动性、自组织性和便利性，成为通信领域发展的热点 之一并开始应用在很多研究领域，同时对无线自组织网络技术各方面的技术都提出了新 的要求，但由于其本身固有的特点，仍然有很多问题和关键技术亟需解决。其关键技术包 括MC协议中的隐暴终端、单向链路问题，具有良好适应性和鲁棒性的路由协议研究，设计 完善的跨层协同技术，具有可扩展性的无线自组织网络体系结构等，目前不断有基于原有 基础修改或者全新设计的思路、协议、方案提出，仍在不断完善。AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector)是一种按需自组织网络路由协议，仅当节点需要发送数据时才启动路由 发现过程；其优点是无需周期性的交互路由维护信息，节点通信开销较小，缺点是可能增加 节点数据发送延迟。经过多年的发展、完善，AODV协议是目前应用最为广泛的自组织网络 路由协议。一般的地面无线自组织网络路由协议通常要处理复杂多变的节点拓扑，不小的 节点数目与频繁且不定的节点间拓扑关系改变，大大增加了地面无线自组织网络的实现难 度；而卫星姿态控制仿真系统通常节点数量较少（一般几十以内）而且测试过程中节点间 的相对位置基本没有变化，只需负责处理节点移入与移除（包括节点失效）带来的拓扑改 变。仿真模拟实验和实际部署测试表明，AODV协议能够在中等网络规模（一般可包含数百 个节点，能够满足一般卫星设计要求）环境下提供较好的网络性能。这样将卫星姿态控制 模块设计成一个个无线网络节点，利用无线自组织网络技术组成智能网络，模拟卫星姿轨 系统内部之间的通信进而利用气浮台实现卫星姿态控制半物理仿真成为可能，从而提高仿 真测试系统的灵活性与可行性，本专利技术旨在设计这种基于AODV协议无线智能网络的卫星 姿态控制仿真系统。
技术实现思路
为了提高卫星姿态控制半物理仿真测试的灵活性与可行性，本专利技术提供一种基于 AODV协议无线智能网络的卫星姿态控制仿真系统。为减少仿真测试中的线缆与连接器数 量，增加系统的灵活性与实施性，采用无线自组织网络来设计并组建卫星的姿态控制仿真 系统，在传感器、星载计算机以及执行器之间组建无线智能网络，使系统能够自动地建立连 接并实现通信。 -种基于AODV协议无线智能网络的卫星姿态控制仿真系统，包括实物仿真系统 和数学仿真系统，所述数学仿真系统为一台仿真计算机，所述仿真计算机上有光纤陀螺数 学模型、反作用飞轮数学模型。所述实物仿真系统包括单轴气浮台、无线智能网络节点、星 载计算机、光纤陀螺、反作用飞轮以及电源；所述单轴气浮台上承载有光纤陀螺、星载计算 机、电源以及反作用飞轮，所述电源为单轴气浮台上的光纤陀螺、星载计算机以及反作用飞 轮提供正常工作的电压；所述电源包括蓄电池以及与蓄电池连接的电源控制箱。 所述光纤陀螺、星载计算机、反作用飞轮以及仿真计算机均连接有一个或多个无 线智能网络节点，它们之间通过无线智能网络节点进行通信。 所述实物仿真系统进行卫星俯仰通道姿态控制的实物仿真，星载计算机通过无线 智能网络节点接收光纤陀螺测量得到的俯仰通道角度和角速度信息，根据比例微分（PD) 姿态控制算法计算反作用飞轮的控制力矩，通过无线智能网络节点发送给反作用飞轮，实 现单轴气浮台的运动，使卫星达到目标姿态从而完成仿真。 所述数字仿真系统进行卫星滚动和偏航通道姿态控制的数学仿真，光纤陀螺数学 模型生成卫星滚动和偏航通道模拟的模拟测量数据，仿真计算机将光纤陀螺数学模型生成 的模拟测量数据通过无线智能网络节点发送给星载计算机，星载计算机根据比例微分（PD) 姿态控制算法计算滚动和偏航通道中反作用飞轮数学模型的控制力矩，并通过无线智能网 络节点发送给仿真计算机上的滚动与偏航通道对应的反作用飞轮数学模型，当卫星达到目 标姿态后完成卫星滚动和偏航通道姿态控制的数学仿真，从而形成闭环半实物仿真。 所述光纤陀螺是仿真系统的姿态控制传感器，实时测量角度和角速度信息，并将 实时测量到的数据通过与其连接的无线智能网络节点发送给星载计算机。 所述光纤陀螺数学模型为： ωε= ω+b+q ! (1) 其中ω为卫星角速度真实值，ω。为飞行器角速度的测量值，b为陀螺常值漂移， η :为陀螺测量噪声（均值为零的高斯白噪声）。 所述反作用飞轮是仿真系统的姿态控制执行器，可驱动单轴气浮台的转动。 所述反作用飞轮数学模型为： 其中，T为力矩，J为反作用飞轮的转动惯量，Ω为反作用飞轮的转动速率。 所述ro姿态控制算法，基于比例微分控制器设计，以姿态角和姿态角速度作为控 制输入，其控制力矩可表示为： 其中，Tc为控制力矩，K P和Kd为比例系数和微分系数，Θ和々为气浮台的角度和 角速度，由光纤陀螺或光纤陀螺数学模型测量得到。 所述星载计算机采用ARM处理器，运行嵌入式Linux操作系统，其上运行姿态 控制算法，实现姿态的确定与控制。 所述无线智能网络节点包括电源、处理器、存储器（SDRAM与FLASH)、外部时钟单 元、以太网接口、USB接口、RS232接口、设备接口单元以及无线网卡。所述电源为无线智能 网络节点提供工作电压。所述存储器、系统时钟、以太网接口、USB接口、RS232接口、RS422 接口以及无线网卡均与处理器连接。存储器包括内存SDRAM和FLASH，内存是整个系统数据 处理、程序执行的地方，在系统启动过程中需要将操作系统和程序从FLASH中拷贝到SDRAM 里执行；FLASH存储器用来存储操作系统与应用程序，还可以根据需要存储数据。所述系统 时钟为系统提供时钟信号；电源为各模块所需电源；所述以太网接口，提供10/100M自适应 网络；所述通用异步收发器UART，外接一个RS422接口加两个RS232接口，作为备用接口； 所述USB接口外接USB WiFi模块，实现无线网络连接。 其中，处理器采用Freescale的ARM9系列处理器i.MX27。i.MX27是一款基于 ARM926EJ-S内核的高性能低功耗32位微处理器，内部集成了 16K字节的高速数据缓冲器， 16K字节的高速指令缓冲器，主频达到400MHz。 无线智能网络节点采用AODV算法协议，该协议旨在多个移动节点中建立和维护 一个动态、自启动的、多跳路由的专属网络。其使得移动节点能快速获得通向新的目的节点 的路由，并且节点仅需要维护通向它信号所及范围内的节点的路由，更远的节点的路由信 息则不需要维护。网络中连接的断开和异动会使得网络拓扑结构发生变化，AODV使得移动 节点能适时对这种本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于AODV协议无线智能网络的卫星姿态控制仿真系统，包括实物仿真系统和数学仿真系统，所述数学仿真系统为一台仿真计算机，所述仿真计算机上有光纤陀螺数学模型、反作用飞轮数学模型；所述实物仿真系统包括单轴气浮台、无线智能网络节点、星载计算机、光纤陀螺、反作用飞轮以及电源；所述单轴气浮台上承载有光纤陀螺、星载计算机、电源以及反作用飞轮，所述电源为单轴气浮台上的光纤陀螺、星载计算机以及反作用飞轮提供正常工作的电压；所述电源包括蓄电池以及与蓄电池连接的电源控制箱；所述光纤陀螺、星载计算机、反作用飞轮以及仿真计算机均连接有一个或多个无线智能网络节点，它们之间通过无线智能网络节点进行通信。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高玉东，曾国强，连一君，涂开武，罗涛，吴国福，项军华，褚金钱，韩大鹏，税海涛，李志军，袁福，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43