一种基于多目标机的卫星姿态控制半物理仿真系统包括：实时定位子系统、姿态测量子系统、姿态控制综合处理系统、执行机构、信号调理箱、目标机、工作计算机和显示系统；实时定位子系统获取卫星的实时位置信息；针对卫星在轨飞行时不同工作模式，姿态测量子系统获取卫星的实时姿态信息；姿态控制综合处理系统管理所有的姿态测量部件与执行机构；目标机通过信号调理箱，将获取的实时位置和姿态信息进行姿态解算与力矩计算，然后发送控制信息给执行机构；执行机构将实际的执行信息通过信号调理箱回传给目标机，通过动力学解算得出卫星的实时姿态信息，并将姿态信息发送给姿态测量部件；本发明专利技术仿真实时性强、容错能力强、集成度高，对卫星姿态控制系统的设计和研制具有重要指导意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于多目标机的卫星姿态控制地面半物理仿真系统，该系统可在地面模拟卫星在轨飞行时不同模式下的姿态测量与控制过程，可用于验证卫星控制系统总体设计方案的可行性，以及研究卫星在轨运行时的故障处理策略。
技术介绍
卫星工程是一项高投入、高风险而又高精度的系统工程，卫星在轨运行时，由于受各种外界因素的影响，其姿态和轨道形状很复杂，又因为卫星轨道和姿态的控制依赖于制导与导航系统，因此，高精度、高可靠的卫星姿态测量与控制系统已成为制约卫星快速发展的瓶颈。由此可见，在设计卫星时，需要非常认真、仔细姿态和轨道控制系统的设计，但是， 设计的系统是否符合任务要求，需要将各种轨道以及姿态测量器件接入硬件回路进行地面半物理仿真验证。目前在卫星姿态容错控制的地面半物理仿真系统研制方面，仿真系统与空间技术装备一起发展，已长达半个多世纪。美、俄、欧洲等国家的航天部门和宇航公司都很重视航天器的仿真研发技术，建立了很多仿真平台，其仿真设备既有大型的国家试验室，又有小型的试验台。现阶段的半物理仿真系统在多节点实时通讯方面以星型结构为主，这种实时网络结构具有低延迟、高传输率的优点，确保所有节点数据快速更新，但是这种网络结构增加了一个实时网络HUB，并且相同的节点数，使用的光纤也增加了一倍，在增加试验成本的同时，大大降低了整个系统运行的可靠性；另外，现阶段大多数半物理仿真系统只是考虑系统正常工作时的情况，并没有系统的考虑由于空间单粒子翻转效应、单粒子锁定效应，或者其它原因，使得系统中某个部件或者几个部件出现故障时的急救策略，为后续的工程化以及卫星正式在轨飞行留下隐患。总之，由于存在上述缺陷，现有的微小卫星姿态控制地面半物理仿真系统存在实时网络结构复杂、运行成本高、运行可靠性差和解决半物理仿真系统部件故障策略少等缺点。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种实时网络结构简单、运行成本低和运行可靠性高的卫星姿态控制地面半物理仿真系统。本专利技术的技术解决方案是一种基于多目标机的卫星姿态控制地面半物理仿真系统由实时定位子系统(2)、姿态测量子系统(4)、姿态控制综合处理系统(3)、执行机构(1)、 信号调理箱(5)、目标机(6)、显示计算机(7)和显示系统(8)组成；实时定位子系统(2)通过GPS模拟器(21)和GPS接收机(22)获得卫星的实时位置信息；姿态测量子系统(4)通过采集卫星当前工作模式下应用的姿态测量部件(星敏感器感器(41)、太阳敏感器(42)、 三轴光纤陀螺(43)和磁强计(44))的数据，并对数据进行结算，获得卫星的实时姿态信息； 执行机构(1)通过执行部件(磁力矩器(101)、机械飞轮(102)和磁悬浮飞轮(103))控制卫星的实时姿态；信号调理箱(5)包括信号调理箱1(51)、信号调理箱2 (52)和信号调理箱3 (53)，主要完成对接收到的力矩信息、姿态信息和位置信息的调理，并将调理后的信息传送给目标机(6)；目标机(6)包括姿态动力学仿真目标机(61)、轨道动力学仿真目标机 (62)和姿态控制目标机(63)，各目标机分别对姿态动力学、轨道动力学和姿态控制信息进行解算；姿态控制综合处理系统(3)在接收实时定位子系统(2)发出的位置信息、姿态测量子系统(4)测量的姿态信息、执行机构(1)执行的力矩指令的同时，将接收到的数据通过信号调理箱1(51)、信号调理箱2 (52)和信号调理箱3(53)传送给姿态动力学仿真目标机 (61)、轨道动力学仿真目标机(62)和姿态控制目标机(63)进行姿态解算与力矩计算，最后姿态控制综合处理系统(3)将解算出的实时力矩信息回传给执行机构(1)并使相应的部件工作；显示计算机(7)和显示系统(8)将此过程中的姿态参数及各敏感器、执行机构的输出通过以太网送给显示计算机并显示。本专利技术为验证卫星姿态控制系统总体设计方案的可行性及模拟卫星的在轨飞行过程提供了必要的帮助。本专利技术的原理是一种基于多目标机的卫星姿态控制地面半物理仿真系统包括实时定位子系统、姿态测量子系统、姿态控制综合处理系统、执行机构、信号调理箱、目标机、 显示计算机和显示系统；实时定位子系统获取卫星的实时位置信息；姿态测量子系统获取卫星的实时姿态信息；姿态控制综合处理系统管理所有的姿态测量部件与执行机构；目标机通过信号调理箱，将获取的实时位置和姿态信息进行姿态解算与力矩计算，然后发送控制信息给执行机构；执行机构将实际的执行信息通过信号调理箱回传给目标机，通过动力学解算得出卫星的实时姿态信息，并将姿态信息发送给姿态测量部件，如此循环操作，构成实时闭环测试，进而完成卫星姿态控制系统的地面半物理仿真试验。所述的姿态动力学仿真目标机(61)、轨道动力学仿真目标机(62)、姿态控制目标机(63)之间通过多模光纤连接构成环形反射内存网进行多节点实时通信。所述的姿态测量子系统(40)中的某些部件由于空间单粒子翻转效应、单粒子锁定效应，或者其它原因发生故障时，可以通过其它的姿态测量部件组合继续完成实时姿态测量。所述的姿态测量子系统(4)中的姿态测量综合解算单元(45)由于空间单粒子翻转效应、单粒子锁定效应，或者其它原因发生故障时，可以通过姿态控制综合处理系统(3) 继续完成姿态解算。本专利技术与现有技术相比的优点在于1、与传统的单目标机相比，本系统采用了姿态动力学仿真目标机(61)、轨道动力学仿真目标机(62)、姿态控制目标机(63)的多目标机同步处理方式，在提高系统运行速度的同时，可进一步提升系统多目标、多任务、多节点的实时处理水平。2、本系统包括了卫星在轨飞行时经历的速率阻尼、太阳捕获、对日定向、对地定向等多工作模式。当卫星由于某种原因使得当前工作模式下姿态测量子系统(40)中的姿态测量部件发生故障时，可以通过其它的姿态测量部件组合继续完成实时姿态测量，避免由于单个或者多个部件故障而使得整个卫星姿态丢失，进而提高了整星的应用可靠性。3、当卫星由于某种原因使得姿态测量子系统(4)中的姿态测量综合解算单元 (45)发生故障时，系统进入安全模式，由姿态控制综合处理系统(3)继续完成姿态解算， 避免了由于单个单元故障而使整个卫星失控的情况发生，进而提高了整星的在轨运行可靠性。4、系统的整个调试过程中，动力学仿真系统的所有仿真过程通过VGA分配器将仿真界面同步显示在四台放置在不同位置的显示器上，保证位于不同位置的工作人员可以在第一时间对仿真结果进行分析与处理。5、本专利技术集成度高、实时性强，具有重要的工程实用价值。 附图说明图1为本专利技术整体框架示意图；图2为本专利技术的卫星定位子系统框架示意图；图3为本专利技术的姿态测量子系统框架示意图；图4为本专利技术的执行机构框架示意图；图5为本专利技术姿态控制综合处理系统硬件功能框图；图6为本专利技术三台目标机间数据传输示意图；图7为本专利技术各种工作模式下部件发生故障时部件重构组合示意具体实施例方式本专利技术的整体框架示意如图1所示，它由卫星实时定位子系统O)、姿态测量子系统(4)、姿态控制综合处理系统C3)、执行机构(1)、信号调理箱( 、目标机(6)、显示计算机 (7)和显示系统(8)组成如图2所示，为本专利技术的卫星定位子系统(2)框架示意图，它由GPS模拟器Ql) 和GPS接收机0 组成。由于卫星在空间中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于多目标机的卫星姿态控制半物理仿真系统包括：实时定位子系统（２）、姿态测量子系统（４）、姿态控制综合处理系统（３）、执行机构（１）、信号调理箱（５）、目标机（６）、显示计算机（７）和显示系统（８）；实时定位子系统（２）通过ＧＰＳ模拟器（２１）和ＧＰＳ接收机（２２）获得卫星的实时位置信息；姿态测量子系统（４）通过采集卫星当前工作模式下应用的姿态测量部件（星敏感器感器（４１）、太阳敏感器（４２）、三轴光纤陀螺（４３）和磁强计（４４））的数据，并对数据进行结算，获得卫星的实时姿态信息；执行机构（１）通过执行部件（磁力矩器（１０１）、机械飞轮（１０２）和磁悬浮飞轮（１０３））控制卫星的实时姿态；信号调理箱（５）包括信号调理箱１（５１）、信号调理箱２（５２）和信号调理箱３（５３），主要完成对接收到的力矩信息、姿态信息和位置信息的调理，并将调理后的信息传送给目标机（６）；目标机（６）包括姿态动力学仿真目标机（６１）、轨道动力学仿真目标机（６２）和姿态控制目标机（６３），各目标机分别对姿态动力学、轨道动力学和姿态控制信息进行解算；姿态控制综合处理系统（３）在接收实时定位子系统（２）发出的位置信息、姿态测量子系统（４）测量的姿态信息、执行机构（１）执行的力矩指令的同时，将接收到的数据通过信号调理箱１（５１）、信号调理箱２（５２）和信号调理箱３（５３）传送给姿态动力学仿真目标机（６１）、轨道动力学仿真目标机（６２）和姿态控制目标机（６３）进行姿态解算与力矩计算，最后姿态控制综合处理系统（３）将解算出的实时力矩信息回传给执行机构（１）并使相应的部件工作；显示计算机（７）和显示系统（８）将此过程中的姿态参数及各敏感器、执行机构的输出通过以太网送给显示计算机并显示。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭雷，乔建忠，欧阳滨，余远金，刘翠翠，刘华，杨照华，全伟，崔培玲，韩潮，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11
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