一种微小卫星编队系统的仿真验证平台及实现方法，平台有仿真与验证主控平台、仿真主星、多个仿真从星和与多个仿真从星相对应的多个卫星控制器，仿真主星和仿真从星通过以太网与仿真与验证主控平台进行通信，仿真主星与卫星控制器通过无线Wifi通信，仿真从星与卫星控制器通过RS232接口相连接。方法是仿真与验证主控平台启动仿真进程，构建主从结构的实时仿真环境；仿真主星运行编队控制，并发送控制指令到控制器，控制器经过仿真计算通过串口发送控制信号给仿真从星，仿真从星模拟卫星动力学模型和环境模型，提供卫星的状态信息，仿真数据传到仿真与验证主控平台，进行统一的管理和分析。本发明专利技术为卫星编队飞行提供全面、复杂的仿真验证功能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种航空航天领域的控制方法仿真与验证。特别是涉及一种。
技术介绍
空间环境已经成为与人类发展息息相关除陆海空的第四环境，相较于传统的单颗卫星而言，多卫星以其具有的在轨冗余性、稳健性、可靠性和抗毁性等特点倍受人们的关注，有助于提高空间的探测能力，保证我国有效和平利用空间，成为许多航天任务的首选方案。卫星编队飞行能够简化空间探测任务，扩大观测域，同时通过系统重构及时地清除损坏个体，还可以根据任务的变更替换系统中的卫星载荷，提高卫星系统对任务的适应性。由此，一个由微小卫星组成的编队飞行系统就可以完成天基的任务更换，从而可以以极短的周期、极低的成本和极高的可靠性来完成新旧任务的更替。目前国内卫星编队控制系统的研究仍处于起步阶段。并且相关的控制方案和算法缺少实际的分析环境，而实物环境在科研初期需要投入大量风险成本，因此搭建一个卫星编队仿真验证环境对卫星编队系统的理论研究和方法验证是十分重要的。卫星编队控制系统不同于普通航天飞行器，其系统的功能是由多个航天器互相协同完成，因此存在着复杂的信息交互。这对卫星位置姿态控制及卫星任务管理、调度控制提出了新的要求。基于单一领域仿真模型集成的方法不利于系统的扩展，集成后系统仿真结果置信度低；基于统一建模语言方法需要对已有模型重新用数学方程描述，无法充分利用已有研究成果，并且有些模型无法用方程描述；基于异构仿真环境可以实现仿真系统灵活构建，有效提高仿真效率，集成现有研究成果；基于分布式建模与仿真方案具有一定的灵活性、可扩展性，减少网络数据冗余，最大限度保证数据一致性，并可将真实仿真、虚拟仿真等集成到统一的仿真环境中。微小卫星仿真平台采用计算机实时仿真和嵌入式软硬件技术实现卫星编队的控制方法仿真与验证，其最大的特色在于仿真模型可以快速高效的移植到平台上，符合微小卫星仿真的应用需求和发展趋势。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够支持多微小卫星系统从编队控制系统设计到实时仿真测试的。本专利技术所采用的技术方案是:一种，微小卫星编队系统的仿真验证平台，包括:用于下载仿真模型和进行仿真数据监控的仿真与验证主控平台、仿真主星、多个仿真从星和与多个仿真从星相对应的多个卫星控制器，其中，所述的仿真主星和多个仿真从星通过以太网与仿真与验证主控平台进行通信，所述的仿真主星与多个卫星控制器通过无线Wifi通信，所述的多个仿真从星与多个卫星控制器——对应的通过RS232接口相连接。所述的卫星控制器包括有主控制器，与主控制器通过RS232串口相连的Wifi无线通信模块，与主控制器相连的辅控制器以及分别向主控制器和辅控制器提供电源的电源模块，其中主控制器通过Wifi无线通信模块与所述的仿真主星进行通信，所述的辅控制器的输出通过RS232串口连接所对应的卫星控制器。所述的辅控制器包括有FPGA辅控制器，分别与FPGA辅控制器相连的由3片SN74ALVC164245芯片组成电压匹配电路和由ADUM1400芯片构成的电压隔离电路，其中，所述的3片SN74ALVC164245芯片分别对应的通过控制线、数据线和地址线连接主控制器，所述的ADUM1400芯片通过RS232串口连接所对应的卫星控制器。一种用于微小卫星编队系统的仿真验证平台的运行方法，通过仿真与验证主控平台启动仿真进程，提供编队任务的初始化条件，构建主从结构的实时仿真环境；仿真主星运行编队控制软件，通过无线通讯方式发送控制指令到控制器，控制器经过仿真计算通过串口发送控制信号给仿真从星，仿真从星模拟卫星动力学模型和环境模型，提供卫星的状态信息，与卫星控制器形成控制闭环，仿真数据回传到仿真与验证主控平台上，通过数据库，进行统一的管理和分析；其中，所述的仿真与验证主控平台的运行方法包括如下步骤:I)建立仿真与验证主控平台与仿真主星和仿真从星的连接，并下载实时仿真程序;2)初始化设置；3)启动实时仿真；4)判断是否发布新任务，是则进入下一步骤，否则进入步骤6)；5 )发布编队任务至仿真主星；6)进行仿真监控，并判断仿真是否结束，是则进入下一步骤，否则返回步骤4)；7)断开仿真与验证主控平台与仿真主星和仿真从星的连接；8)进行仿真数据管理；所述的卫星控制器的运行方法包括如下步骤:I)接收仿真主星的参考指令和仿真从星的状态量；2)根据所接收的参考指令和状态量采用滑模控制方法进行卫星控制模型运算；3)根据运算结果发送卫星控制指令至仿真从星；4)判断仿真是否结束，是则退出，否则返回该卫星控制器运行方法的步骤I)继续运行。当仿真与验证主控平台启动实时仿真时，仿真主星运行如下步骤:I)判断是否从接收串口接收到有新编队的任务，有则接收编队任务，否则进入下一步骤；2)根据编队任务采用Legendre伪谱法进行轨迹规划运算；3)通过发送串口分别向仿真与验证主控平台和卫星控制器发送仿真主星的参考指令；4)判断仿真是否结束，是退出，否则返回步骤I)继续运行。当仿真与验证主控平台启动实时仿真时，仿真从星运行如下步骤:I)通过接收串口接收卫星控制器的控制指令；2)根据控制指令按照卫星的运动学和动力学模型计算出卫星的运动状态；3)通过发送串口分别向仿真与验证主控平台和卫星控制器发送卫星状态信息；4)判断仿真是否结束，是则退出，否则返回步骤I)。所述的接收串口的运行步骤是:I)设置串口通讯参数；2)判断串口通讯是否中断，是则进入下一步骤，否则继续判断；3)判断是否有新数据，是则进入下一步骤，否则返回步骤2)；4)写入缓冲区；5)查找数据字头；6)判断是否找到需要的数据，是则输出数据后退出，否则返回步骤5)。所述的发送串口的运行步骤是:I)设置串口通讯参数；2)数据打包；3)数据发送后退出。本专利技术的，具有如下特点:(I)仿真系统具备单颗卫星的轨道和姿态仿真功能，即在给定一颗卫星的历元时亥IJ、初始轨道、姿态参数和摄动力配置参数的情况下，能够计算出任意仿真时刻的卫星轨道和姿态数据。(2)仿真系统具备多颗卫星高稳定队形的初始化与优化设计功能，开发编队飞行构形设计软件。仿真系统要能够接收构形设计软件设计的编队飞行参数作为仿真系统的部分初始化参数，并根据编队队形需求，采用Legendre伪谱法求解最优轨迹路径。(3)仿真系统可以实现小卫星编队飞行过程中姿态指向一致控制功能的仿真。在仿真系统中嵌入姿态计算模块和姿态指向一致控制模块，并将以上提到的这些模块有机结合，为仿真系统的目标服务。(4)仿真系统具有数据输出和分析能力，对小卫星编队飞行的构型设计和仿真计算模型进行测试，对与仿真任务精度分析有关的数据采用图表和文本的形式输出，同时进行分析统计，并输出结果。本专利技术的，不仅可以提高微小卫星编队控制系统开发初期的仿真可信度，大大缩短研究周期；同时为进一步的研究提供宝贵的仿真数据，并实现对不同编队控制方法的仿真验证，有效提高了卫星编队控制的理论研究水平和仿真试验水平，为多卫星协同控制系统的研究与发展打下良好的试验平台基础。本专利技术通过实时仿真和控制器的软硬件结合，增强了系统控制策略的实时性和可移植性，能够简化空间探测任务，扩大观测域，提高系统健壮性，还可以根据任务的变更替换系统中的卫星载荷，提高卫星系统对任务的适应性，具有较高的经济价值，在军事和民用方面都具有很大的潜在应用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微小卫星编队系统的仿真验证平台，其特征在于，包括：用于下载仿真模型和进行仿真数据监控的仿真与验证主控平台（1）、仿真主星（2）、多个仿真从星（3）和与多个仿真从星（3）相对应的多个卫星控制器（4），其中，所述的仿真主星（2）和多个仿真从星（3）通过以太网与仿真与验证主控平台（1）进行通信，所述的仿真主星（2）与多个卫星控制器（4）通过无线Wifi通信，所述的多个仿真从星（3）与多个卫星控制器（4）一一对应的通过RS232接口相连接。
【技术特征摘要】
1.一种微小卫星编队系统的仿真验证平台，其特征在于，包括:用于下载仿真模型和进行仿真数据监控的仿真与验证主控平台(I)、仿真主星(2)、多个仿真从星(3)和与多个仿真从星(3)相对应的多个卫星控制器(4)，其中，所述的仿真主星(2)和多个仿真从星(3)通过以太网与仿真与验证主控平台(I)进行通信，所述的仿真主星(2)与多个卫星控制器(4)通过无线Wifi通信，所述的多个仿真从星(3)与多个卫星控制器(4) 一一对应的通过RS232接口相连接。2.根据权利要求1所述的微小卫星编队系统的仿真验证平台，其特征在于，所述的卫星控制器(4)包括有主控制器(5)，与主控制器(5)通过RS232串口相连的Wifi无线通信模块(6)，与主控制器(5)相连的辅控制器(7)以及分别向主控制器(5)和辅控制器(7)提供电源的电源模块(8)，其中主控制器(5)通过Wifi无线通信模块(6)与所述的仿真主星(2)进行通信，所述的辅控制器(7)的输出通过RS232串口连接所对应的卫星控制器(4)。3.根据权利要求1所述的微小卫星编队系统的仿真验证平台，其特征在于，所述的辅控制器(7)包括有FPGA辅控制器(7a)，分别与FPGA辅控制器(7a)相连的由3片SN74ALVC164245芯片组成电压匹配电路(7b)和由ADUM1400芯片构成的电压隔离电路(7c)，其中，所述的3片SN74ALVC164245芯片分别对应的通过控制线、数据线和地址线连接主控制器(5)，所述的ADUM1400芯片通过RS232串口连接所对应的卫星控制器(4)。4.一种用于权利要求1所述的微小卫星编队系统的仿真验证平台的运行方法，其特征在于，通过仿真与验证主控平台启动仿真进程，提供编队任务的初始化条件，构建主从结构的实时仿真环境；仿真主星运行编队控制软件，通过无线通讯方式发送控制指令到控制器，控制器经过仿真计算通过串口发送控制信号给仿真从星，仿真从星模拟卫星动力学模型和环境模型，提供卫星的状态信息，与卫星控制器形成控制闭环，仿真数据回传到仿真与验证主控平台上，通过数据库，进行统一的管理和分析； 其中，所述的仿真与验证主控平台(I)的运行方法包括如下步骤: O建立仿真与验证主控平台与仿真主星和仿真从星的连接，并下载实时仿真程序； 2)初始化设置； 3)启动...
【专利技术属性】
技术研发人员：宗群，李庆鑫，余化枫，程燕胜，曲照伟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。