小衛(wèi)星閉環(huán)模擬設(shè)備研制.pdf

1、衛(wèi)星在發(fā)射進(jìn)入太空后測(cè)試和維護(hù)就變得難以實(shí)現(xiàn)，于是在研制衛(wèi)星的過程中，對(duì)衛(wèi)星的各個(gè)分系統(tǒng)進(jìn)行可靠性測(cè)試就成了衛(wèi)星測(cè)試系統(tǒng)的首要任務(wù)。衛(wèi)星的閉環(huán)測(cè)試相比于開環(huán)測(cè)試具有更好的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，能有效及時(shí)的對(duì)衛(wèi)星的姿態(tài)進(jìn)行半實(shí)物仿真測(cè)試。半實(shí)物仿真相比與實(shí)物仿真和數(shù)字仿真具有兩者皆有的優(yōu)點(diǎn)，測(cè)試結(jié)果更接近與真實(shí)情況，也降低了測(cè)試的風(fēng)險(xiǎn)和成本。本文設(shè)計(jì)了一套通用化、小型化的衛(wèi)星閉環(huán)模擬設(shè)備，模擬了星上關(guān)鍵設(shè)備的電氣接口和工作時(shí)序。該設(shè)備可在衛(wèi)星研

2、制初期對(duì)衛(wèi)星的姿控分系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，也可模擬在軌運(yùn)行時(shí)的各種故障，以盡早在衛(wèi)星研制的前期發(fā)現(xiàn)問題，避免將來可能帶來的更大損失，對(duì)于保障衛(wèi)星的安全可靠運(yùn)行有著重要的意義。
　　文章首先以衛(wèi)星姿控分系統(tǒng)為例對(duì)其工作原理和測(cè)試原理進(jìn)行了闡述。在精煉了分析小衛(wèi)星閉環(huán)模擬設(shè)備的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)后，對(duì)總體及各模塊的需求進(jìn)行詳細(xì)的分析，提出了模擬設(shè)備的總體方案。動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)模塊對(duì)敏感器模擬器進(jìn)行參數(shù)注入，敏感器模擬器在完成模型解算后將環(huán)境參數(shù)送

3、給星上智能核心單元，智能核心單元發(fā)出控制信號(hào)改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采集單元采集執(zhí)行機(jī)構(gòu)的當(dāng)前狀態(tài)反饋給動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)進(jìn)行比對(duì)和控制，完成了一次閉環(huán)仿真。將敏感器模擬器設(shè)計(jì)為一個(gè)具有通用硬件接口的板卡，F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)時(shí)序和邏輯控制，支持32位浮點(diǎn)運(yùn)算的DSP負(fù)責(zé)模型解算功能，通過FPGA邏輯重構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同模擬器的需求。此外，設(shè)計(jì)了一個(gè)獨(dú)立的CAN轉(zhuǎn)無線的模塊來代替?zhèn)鹘y(tǒng) CAN有線電纜連接的方式，適應(yīng)了未來發(fā)展的需求。詳細(xì)的描述了各部分的硬

4、件設(shè)計(jì)方案和電路設(shè)計(jì)，對(duì)各部分的固件及程序設(shè)計(jì)也做了闡釋，包括數(shù)據(jù)注入接口模塊的固件設(shè)計(jì)和CAN轉(zhuǎn)無線模塊的程序設(shè)計(jì)等。
　　所研制的小衛(wèi)星閉環(huán)模擬設(shè)備可實(shí)現(xiàn)對(duì)敏感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模擬，具有通用化、小型化的特點(diǎn)。經(jīng)測(cè)試，在一個(gè)閉環(huán)仿真周期內(nèi)，模擬設(shè)備完成了動(dòng)力學(xué)參數(shù)的注入和敏感器模型解算，滿足閉環(huán)仿真周期為10ms的設(shè)計(jì)要求。CAN轉(zhuǎn)無線模塊正常的實(shí)現(xiàn)了雙向通信，并且滿足了對(duì)通信距離，續(xù)航時(shí)間的要求。衛(wèi)星模擬設(shè)備正常可靠運(yùn)行，滿足了