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衛(wèi)星GNC系統(tǒng)設(shè)計及驗證

文章出處：精航偉泰測控儀器(北京)有限公司人氣：-發(fā)表時間：2016-04-27 16:24

基于某衛(wèi)星GNC系統(tǒng)的研發(fā)實踐，完成衛(wèi)星GNC系統(tǒng)的需求建模、系統(tǒng)模型設(shè)計、模型數(shù)字仿真、模型半物理仿真，最后使用自動代碼生成技術(shù)生成衛(wèi)星GNC系統(tǒng)軟件，加載到星載計算機中，完成衛(wèi)星的系統(tǒng)測試及在軌驗證。

某型號衛(wèi)星GNC系統(tǒng)以衛(wèi)星控制計算機為核心，使用傳感器測量數(shù)據(jù)進行位置和姿態(tài)的導航解算，根據(jù)目標進行制導算法設(shè)計，控制不同執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)閉環(huán)控制。完成衛(wèi)星總體下達的指向、定位、高精度軌控、相對導航等任務(wù)需求。

GNC分系統(tǒng)是典型的控制閉環(huán)系統(tǒng)，功能設(shè)計主要包括控制算法設(shè)計和系統(tǒng)方案設(shè)計。控制算法設(shè)計主要是根據(jù)總體需求和任務(wù)約束，設(shè)計控制方法以及控制參數(shù)尋優(yōu)。系統(tǒng)方案設(shè)計包括GNC系統(tǒng)單機選型、冗余容錯、系統(tǒng)內(nèi)外通信和時序的設(shè)計。

一、基于模型的GNC系統(tǒng)設(shè)計

1、系統(tǒng)設(shè)計

首先建立了衛(wèi)星GNC系統(tǒng)的需求模型，完成了利益相關(guān)者需求分析。

2、模型設(shè)計

模型設(shè)計使用Simulink工具進行建模和驗證。以系統(tǒng)中典型的某三軸姿態(tài)精確指向功能為例，建立陀螺數(shù)據(jù)處理、星敏感器濾波、目標姿態(tài)計算、姿態(tài)機動規(guī)劃、姿態(tài)控制量計算、動量輪控制和磁卸載模型。具體子功能模型，使用Simulink Library、Matlab Function和Stateflow完成建模，主要實現(xiàn)具體算法和邏輯。

對頂層工作流程、外部變量交互進行建模，將各個子功能模型作為Simulink Function進行調(diào)用，如下圖所示。模型設(shè)計在架構(gòu)建?；A(chǔ)上形成工作流調(diào)用模型，主要負責將上述功能模塊按時序和邏輯調(diào)用。

工作流建模和子功能模型調(diào)用

星敏感器濾波模型

建模后需對模型進行單元測試，與工作流模型集成后進行模型組裝測試，并使用Simulink測試管理工具進行比對調(diào)試。

二、基于模型的GNC系統(tǒng)驗證

在基于模型的衛(wèi)星控制系統(tǒng)研發(fā)過程中，對系統(tǒng)研發(fā)每個階段的設(shè)計結(jié)果進行了驗證。對系統(tǒng)運行場景模型的驗證，確認系統(tǒng)功能是否滿足GNC系統(tǒng)需求；

1、對系統(tǒng)功能模型的驗證，確認系統(tǒng)架構(gòu)、接口、狀態(tài)邏輯是否滿足系統(tǒng)級需求；

2、建立“衛(wèi)星GNC系統(tǒng)數(shù)字孿生設(shè)計平臺”，模型驅(qū)動閉環(huán)衛(wèi)星試驗環(huán)境，確認衛(wèi)星GNC系統(tǒng)等的功能/性能/接口；

3、經(jīng)過全數(shù)字仿真驗證后的模型，使用自動代碼生成技術(shù)，加載到衛(wèi)星控制計算機中，進行半實物閉環(huán)測試，完成硬件在環(huán)測試；

GNC模型的測試驗證采用ATSPACE衛(wèi)星GNC系統(tǒng)數(shù)字孿生設(shè)計與驗證平臺構(gòu)建模型測試驗證環(huán)境，分別實現(xiàn)模型規(guī)范檢查、模型在環(huán)測試、運行時錯誤檢查、軟件在環(huán)測試以及硬件在環(huán)測試相關(guān)測試驗證內(nèi)容。