CN111752167A

CN111752167A - 一种通用化卫星仿真测试系统

Info

Publication number: CN111752167A
Application number: CN202010589212.3A
Authority: CN
Inventors: 贾臻; 何波; 孙华苗; 张汉城; 刘燎; 魏巍; 陶钊榕; 韩飞
Original assignee: Aerospace Dongfanghong Development Ltd
Current assignee: Aerospace Dongfanghong Development Ltd
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2020-10-09

Abstract

本发明提供了一种通用化卫星仿真测试系统，包括主控制器板、总线母板、第一可编程智能接口板、第二可编程智能接口板、第三可编程智能接口板和上位监控机，所述主控制器板通过以太网口与所述上位监控机连接，所述主控制器板通过总线母板分别与所述第一可编程智能接口板、第二可编程智能接口板、第三可编程智能接口板连接。本发明的有益效果是：提高了卫星仿真测试系统的通用性。

Description

一种通用化卫星仿真测试系统

技术领域

本发明涉及卫星仿真测试系统，尤其涉及一种通用化卫星仿真测试系统。

背景技术

在大型卫星的测试系统中，每个测试设备一般不可重用，且模拟器要根据每个设备进行部分或全部重新设计，不利于商业化微小卫星周期短的研制特点。

商业化微小卫星仿真测试虽已出现各种简化手段，但仍是1个型号要研制1台设备，难做到完全通用，效率仍较低。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种通用化卫星仿真测试系统。

本发明提供了一种通用化卫星仿真测试系统，包括主控制器板、总线母板、第一可编程智能接口板、第二可编程智能接口板、第三可编程智能接口板和上位监控机，所述主控制器板通过以太网口与所述上位监控机连接，所述主控制器板通过总线母板分别与所述第一可编程智能接口板、第二可编程智能接口板、第三可编程智能接口板连接。

作为本发明的进一步改进，所述第一可编程智能接口板、第二可编程智能接口板、第三可编程智能接口板分别连接星载机系统。

作为本发明的进一步改进，所述第一可编程智能接口板包括共享内存空间，所述共享内存空间为每种部件分配一段连续的空间。

作为本发明的进一步改进，所述共享内存空间为每种部件分配一个通信空间。

作为本发明的进一步改进，所述共享内存空间包括部件数据区和部件协议数据区，所述部件数据区为部件类型码，所述部件协议数据区包括命令校验数据区，所述命令校验数据区用于配置DSP板卡收到星载机发送的命令数据的校验方式。

作为本发明的进一步改进，所述第一可编程智能接口板、第二可编程智能接口板的内容定义相同，但二者在数据导入时，上位监控机调用的定入函数不同。

作为本发明的进一步改进，所述第三可编程智能接口板提供64路DA输出。

作为本发明的进一步改进，所述主控制器板是标准的X86架构的板卡，负责指定仿真需要的所有模型的实行运行，模型库有动力学模型、姿控部组件模型载荷部组件模型，并对部组件模型动态指定所需的可编程通用控制器板。

作为本发明的进一步改进，所述上位监控机根据仿真测试需要，对模型进行剪裁，下载主控器板的实时板卡，系统运行过程则根据仿真测试需要，进行部件测试，闭环仿真。

本发明的有益效果是：通过上述方案，提高了卫星仿真测试系统的通用性。

附图说明

图1是本发明一种通用化卫星仿真测试系统的示意图。

图2是第一可编程智能接口板的功能定义图。

图3是第二可编程智能接口板的功能定义图。

图4是本发明一种通用化卫星仿真测试系统的实施例一系统仿真工作流程图。

图5是本发明一种通用化卫星仿真测试系统的实施例二仿真示意图。

图6是本发明一种通用化卫星仿真测试系统的实施例二真实陀螺的闭环仿真接入图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种通用化卫星仿真测试系统，核心是基于标准总线的通用控制器板和通用可编程智能接口板系列，包括主控制器板4、总线母板5、第一可编程智能接口板1、第二可编程智能接口板2、第三可编程智能接口板3和上位监控机6，所述主控制器板4通过以太网口与所述上位监控机6连接，所述主控制器板4通过总线母板5分别与所述第一可编程智能接口板1、第二可编程智能接口板2、第三可编程智能接口板3连接。

可编程智能接口板：基于不同电接口的通用板卡，电接口如AD、DA、OC、IO、422/485、CAN、LVDS、电位器等大部分电接口，且板上数字逻辑可fpga编程，完全适应各种通讯接口的时序与协议。通用控制器板与通用接口板间通过高速标准总线通讯。

PXI板卡根据实际使用定义为5659：8路串口、2路CAN。5871：8路FPGA、10路IO。5487：64路DA。不超过此包络即可满足该型号卫星的仿真系统开发，该配置为最小系统。当硬件需求更多通讯接口，只需要增加相关功能的板卡即可升级，满足实际使用需求。

第一可编程智能接口板1为5659板卡，软件约定如下：

1.共享内存：板卡的共享内存空间为每个部件分配一段连续的空间，部件每种协议又均在部件的共享内存空间中分配一段单独的空间作为与VxWorks软件通信通道，共享内存使用组织方式如图所示。同时，为了方便后续不同型号共享内存的分配，将板卡占用的40KB内存空间平均分为20份，每份2KB空间作为一个部件的通信空间(一份不够可占用多分)。

2.部件类型码：

部件类型码4字节长：

3.命令校验数据区：

命令校验数据用于配置DSP板卡收到星载机发送的命令数据的校验方式。

命令校验配置数据格式

第二可编程智能接口板2为5871板卡，软件约定如下：

1.共享内存内功能定义如下：

图3中的协议1命令检验数据同步字、协议1命令检验帧头内容、协议1命令数据同步字、协议1命令数据校验通过标志、协议1命令数据区、协议1应答数据同步字、、协议1应答数据区均是根据实际协议需要填充的内容,内容定义与5659一致,二者区别在数据导入时,上位机调用的写入函数会不同。

第三可编程智能接口板3为5487板卡：提供64路DA输出，只需要选择合适的匹配电阻，不涉及软件协议约定。

主控制器板4为通用主控制器板：是标准的X86架构的板卡，负责指定仿真需要的所有模型的实行运行，模型库有动力学模型、姿控部组件模型载荷部组件模型，并对部组件模型动态指定所需的可编程通用控制器板。

上位监控机6即根据仿真测试需要，对模型进行剪裁，下载时主控器板的实时板卡，系统运行过程则是根据仿真测试需要，如部件测试，闭环仿真。

因此本发明的系统硬件包括：基于标准总线的通用控制器板、基于标准总线的通用接口板系列，基于标准总线的机箱母板、上位PC机。

本发明的系统软件包括：

基于simulink的一体化上位机模型库，包括动力学仿真模型、飞轮模拟器模型、陀螺模拟器模型、磁力矩器模拟器模型、磁强计模拟器模型、测控组件模拟器模型。由simulink图形化编程结合基于C函数的s-function实现，既可直观方便，也可方便设计与PXI总线的通讯。

实时操作系统：用于对simulink模块进行代码化编译，生成可执行代码。在控制器板实时系统运行时，可动态加载。

可编程智能板卡程序：dsp软件实现、fgpa软件实现，包括实现与上位机的标准总线通讯。因此可方便满足各种通讯时序协议需求。

本发明实现实例一，针对不同型号切换或者同一型号多台的闭环仿真测试，如图4所示：

本发明软件模型实现运行原理：基于快速原型化开发，使用RealTimeWorshop工具，将上位机的simulink模型库图形化文件，直接产生优化的、可移植的个性化代码，并根据目标配置自动生成多种实时系统下的程序，并下载到控制器板的实时系统上加载运行。

上位机模型根据实际需要可以替换为满足功能的模块，例如：动量轮采用速度控制，则选择速度反馈回路模型，采用加速度模型，则直接从开发的模型库中替换，不影响下位机的任何改动。对于其他模块原理一样。

下位机动量轮本来是RS422通信，替换为CAN通信，则直需要将上位机软件配置项中5871的定义更换为5659的内容，下位机也不需要更改，此时通信链路将从5871的节点切换到5659的相应节点上。其他部件的通信方式也可以快速切换。

控制器板上正常只需保存实时系统引导程序，模型及实时系统本身均是上位机动态下载，方便修改。若要监控系统状态，只需控制器板通过网口发送至监控机来实现。

此仿真平台针对在轨运行型号，可在任务不冲突的条件下，十五分钟切换为需要的型号测试平台。如果需要多台设备同步测试同一型号，也不需要进行软件的开发，直需要将协议中硬件地址更新为该台设备分配地址，就可以直接运行。

本发明实现实例二，姿控系统纯数字闭环仿真快速实现，如图5所示：

模型建立模型库，替换可以直接选择，如果没有，开发后加入也没问题。通用智能接口板通过架构设计，开发出对应的通用软件，已经与上位机数据传输解耦，只要是设计支持的协议(当前设计了CAN、串口的两类，又需要可以继续开发)即可直接使用，不用再开发，可对姿控系统每个部件形成快速仿真，并进行闭环测试。

姿控系统半物理仿真实现

本系统同样可方便接入真实部件，根据需要添加的协议内容，增加5659或者5871板卡与转台通信，即只需与部件激励通讯，即能实现半物理闭环仿真，如图6为真实陀螺的闭环仿真接入。

本发明提供的一种通用化卫星仿真测试系统，仿真系统平台硬件以及协议标准化，通讯协议，部件模拟模型可快速切换。模拟器模型由上位机剪裁后统一下载至控制板运行，模拟器硬件接口时序协议可用dsp或者fpga快速实现。模型与硬件接口间由标准总线实现高速连接互连。实现一个型号多台设备运行不需要调试，多个型号同一台设备切换运行、快速变换的功能；动力学仿真软件的快速原型化开发方法。即基于matlab图形化编程，并快速下载实现，省去编写代码时间。模型开发与型号研制的分离，对突发任务的更强兼容性。

本发明提供的一种通用化卫星仿真测试系统，标准化底层硬件的内存定义，规范协议编写原则，根据实际需要进行协议组帧，快速模型替换，上位机下位机通过软件构架的设计思路，将模型、协议、数据存储、读取功能进行解耦。实现不同型号软件版本在同样硬件下的直接使用，相同软件版本在不同硬件上不再进行软件开发的直接使用。

本发明提供的一种通用化卫星仿真测试系统，全系统模拟仿真，可实现对星上所有分系统的仿真与测试。可以仿真更多的专业系统，需要不断升级模型的数学含义。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种通用化卫星仿真测试系统，其特征在于：包括主控制器板、总线母板、第一可编程智能接口板、第二可编程智能接口板、第三可编程智能接口板和上位监控机，所述主控制器板通过以太网口与所述上位监控机连接，所述主控制器板通过总线母板分别与所述第一可编程智能接口板、第二可编程智能接口板、第三可编程智能接口板连接。

2.根据权利要求1所述的通用化卫星仿真测试系统，其特征在于：所述第一可编程智能接口板、第二可编程智能接口板、第三可编程智能接口板分别连接星载机系统。

3.根据权利要求1所述的通用化卫星仿真测试系统，其特征在于：所述第一可编程智能接口板包括共享内存空间，所述共享内存空间为每种部件分配一段连续的空间。

4.根据权利要求3所述的通用化卫星仿真测试系统，其特征在于：所述共享内存空间为每种部件分配一个通信空间。

5.根据权利要求3所述的通用化卫星仿真测试系统，其特征在于：所述共享内存空间包括部件数据区和部件协议数据区，所述部件数据区为部件类型码，所述部件协议数据区包括命令校验数据区，所述命令校验数据区用于配置DSP板卡收到星载机发送的命令数据的校验方式。

6.根据权利要求3所述的通用化卫星仿真测试系统，其特征在于：所述第一可编程智能接口板、第二可编程智能接口板的内容定义相同，但二者在数据导入时，上位监控机调用的定入函数不同。

7.根据权利要求3所述的通用化卫星仿真测试系统，其特征在于：所述第三可编程智能接口板提供64路DA输出。

8.根据权利要求1所述的通用化卫星仿真测试系统，其特征在于：所述主控制器板是标准的X86架构的板卡，负责指定仿真需要的所有模型的实行运行，模型库有动力学模型、姿控部组件模型载荷部组件模型，并对部组件模型动态指定所需的可编程通用控制器板。

9.根据权利要求1所述的通用化卫星仿真测试系统，其特征在于：所述上位监控机根据仿真测试需要，对模型进行剪裁，下载主控器板的实时板卡，系统运行过程则根据仿真测试需要，进行部件测试，闭环仿真。