一種基于硬件中間層的小型實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)仿真設(shè)備，特別涉及一種基于硬件中間層的小型實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在宇航飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真測(cè)試。測(cè)試時(shí)需要研制動(dòng)力學(xué)仿真系統(tǒng)，然后將其仿真數(shù)據(jù)通過(guò)不同的物理接口傳輸給控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，控制系統(tǒng)軟件運(yùn)行于控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)內(nèi)，通過(guò)真實(shí)的物理接口采集和發(fā)送數(shù)據(jù)，以此完成閉環(huán)測(cè)試。
[0003]目前的實(shí)時(shí)仿真設(shè)備多數(shù)使用型號(hào)研制過(guò)程中的真實(shí)星載計(jì)算機(jī)(使用的是非x86架構(gòu)的處理器，并具備必要的各種外圍接口，如A/D、D/A、RS-422U553B總線及其它接口等)和動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)(如dSPACE等，安裝與星載計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)的各種接口)。星載計(jì)算機(jī)與動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)使用電纜連接，星載計(jì)算機(jī)運(yùn)行真實(shí)的星載軟件，而動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)并安裝衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)和姿軌控控制算法。
[0004]此種方式下，試驗(yàn)設(shè)備占地面積大(通常需要一臺(tái)機(jī)柜及多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成)，投入大(一套設(shè)備大約需要兩百萬(wàn)以上)，研制周期長(zhǎng)(星載計(jì)算機(jī)研制周期超過(guò)半年，實(shí)時(shí)仿真機(jī)的采購(gòu)及配置周期也超過(guò)三個(gè)月)，且通用性差(每臺(tái)星載計(jì)算機(jī)根據(jù)型號(hào)任務(wù)不同安裝了不同的外部接口，這也導(dǎo)致動(dòng)力學(xué)仿真機(jī)的配置也不一樣)。目前的研制方式已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)逐漸增加的衛(wèi)星研制需求。
[0005]因此，需要一種基于硬件中間層的衛(wèi)星控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)完成上述的實(shí)時(shí)仿真任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種基于硬件中間層的小型實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，能夠有效實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星等宇航飛行器控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真測(cè)試。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種基于硬件中間層的小型實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，系統(tǒng)包括星上目標(biāo)模塊、動(dòng)力學(xué)仿真模塊及硬件中間層模塊，星上目標(biāo)模塊和動(dòng)力學(xué)仿真模塊通過(guò)硬件中間層模塊連接；
通過(guò)所述的星上目標(biāo)模塊模擬控制系統(tǒng)工作，通過(guò)所述的動(dòng)力學(xué)仿真模塊模擬控制系統(tǒng)組件和星體動(dòng)力學(xué)環(huán)境；
所述的硬件中間層虛擬實(shí)現(xiàn)真實(shí)星載計(jì)算機(jī)的物理接口和外部協(xié)議，使星載軟件的運(yùn)行環(huán)境與星上真實(shí)運(yùn)行環(huán)境一致。
[0008]優(yōu)選地，所述實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接以相互傳輸遙測(cè)數(shù)據(jù)及控制指令，由監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，顯示所述星上目標(biāo)模塊、動(dòng)力學(xué)仿真模塊及硬件中間層模塊產(chǎn)生的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0009]優(yōu)選地，所述的星上目標(biāo)模塊，包括星載計(jì)算機(jī)所用的處理器，用于運(yùn)行姿軌控軟件。
[0010]優(yōu)選地，所述的動(dòng)力學(xué)仿真模塊，包括通用處理器及外圍硬件，用于運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)仿真軟件。
[0011]優(yōu)選地，所述的硬件中間層模塊，包括用于進(jìn)行內(nèi)總線連接和模擬真實(shí)星上系統(tǒng)的軟硬件。
[0012]優(yōu)選地，所述的硬件中間層模塊，通過(guò)內(nèi)總線分別連接所述星上目標(biāo)模塊、動(dòng)力學(xué)仿真模塊，實(shí)時(shí)完成星上目標(biāo)模塊和動(dòng)力學(xué)仿真模塊之間的數(shù)據(jù)交互。
[0013]優(yōu)選地，所述的硬件中間層模塊通過(guò)內(nèi)部存儲(chǔ)器和10空間的地址映射轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)真實(shí)星載計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器和10空間地址定義。
[0014]優(yōu)選地，所述的硬件中間層模塊通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)暫存轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)星載設(shè)備的外圍接口和硬件通訊協(xié)議。
[0015]優(yōu)選地，所述的星上目標(biāo)模塊通過(guò)加載或固化不同的姿軌控軟件，實(shí)現(xiàn)不同衛(wèi)星的控制系統(tǒng)模擬仿真；
所述的動(dòng)力學(xué)仿真模塊通過(guò)加載或更換固化芯片，更換不同的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)仿真；
所述的硬件中間層模塊通過(guò)加載或更換固化芯片，實(shí)現(xiàn)不同的星載計(jì)算機(jī)環(huán)境。
[0016]優(yōu)選地，所述星上目標(biāo)模塊、動(dòng)力學(xué)仿真模塊及硬件中間層模塊，三者同步運(yùn)行。
[0017]本發(fā)明同時(shí)模擬了星上目標(biāo)和動(dòng)力學(xué)，并保證了時(shí)間的同步性。系統(tǒng)中的星上目標(biāo)模塊運(yùn)行真實(shí)的星載軟件，動(dòng)力學(xué)仿真模塊完成了星體動(dòng)力學(xué)仿真模擬。硬件中間層模塊實(shí)現(xiàn)了真實(shí)星載計(jì)算機(jī)的物理接口和外部協(xié)議，將星體動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)按照真實(shí)的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換成敏感器的輸出數(shù)據(jù)，傳送給星上目標(biāo)模塊，并將星上目標(biāo)模塊輸出的指令數(shù)據(jù)傳送給動(dòng)力學(xué)，形成了與常規(guī)實(shí)時(shí)仿真測(cè)試過(guò)程一致的帶回饋的閉環(huán)仿真系統(tǒng)。
[0018]本發(fā)明采取的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其具有優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
1、通過(guò)硬件中間層的設(shè)計(jì)，理論上可以完全模擬星上姿軌控系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行環(huán)境，提尚仿真的真實(shí)性。
[0019]2、通過(guò)硬件中間層的配置更換和動(dòng)力學(xué)的配置更換，可以模擬不同星上運(yùn)行狀態(tài)，提高整個(gè)系統(tǒng)的通用性。
[0020]3、該套系統(tǒng)通過(guò)三個(gè)核心模塊連接組成，系統(tǒng)完全可以設(shè)計(jì)安裝在同一個(gè)小型系統(tǒng)中。
[0021]4、由于不使用實(shí)際的星載計(jì)算機(jī)，安全風(fēng)險(xiǎn)大大降低(實(shí)際星載計(jì)算機(jī)價(jià)格昂貴，使用維護(hù)復(fù)雜)，用戶可以進(jìn)行更高頻次的仿真試驗(yàn)。
[0022]綜上所述，本發(fā)明的系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星等宇航飛行器控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真測(cè)試。本發(fā)明能夠有效提高仿真的真實(shí)性，提高仿真測(cè)試系統(tǒng)的通用性，大大降低了星載姿軌控系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真測(cè)試的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)具有重量輕、體積小的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)基于硬件中間層的小型實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于硬件中間層的小型實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，包括:星上目標(biāo)模塊、動(dòng)力學(xué)仿真模塊和硬件中間層模塊，星上目標(biāo)模塊和動(dòng)力學(xué)仿真模塊通過(guò)硬件中間層模塊連接。
[0026]星上目標(biāo)模塊和動(dòng)力學(xué)仿真模塊通過(guò)硬件中間層模塊組成完整的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，由