一種基于wifi通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器，用于小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)地面閉環(huán)測試中。設(shè)計的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器采用兩路UART?WIFI通信接口實(shí)現(xiàn)模擬器的通信和控制，遵循802.11b標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)，最大自組網(wǎng)個數(shù)為20個，通信速率可調(diào)，最高可支持230.4kbps，采用FPGA和DSP協(xié)調(diào)工作來實(shí)現(xiàn)對模擬器時序和通信的控制以及工作特性的模擬，模擬周期為2.5ms，具有測試過程簡潔、靈活性強(qiáng)、速度快、安全性高、可靠性好等優(yōu)勢。
【專利說明】
一種基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星姿控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器。
【背景技術(shù)】
[0002]小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)和指向控制，是星上復(fù)雜而必要的分系統(tǒng)，通過和星上諸多分系統(tǒng)的有機(jī)配合，完成衛(wèi)星的各項(xiàng)任務(wù)。姿控系統(tǒng)是承擔(dān)風(fēng)險與出現(xiàn)故障較多的一個分系統(tǒng)，是小衛(wèi)星完成飛行任務(wù)和保障各分系統(tǒng)正常工作的前提，由姿態(tài)敏感器、姿態(tài)控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。姿態(tài)敏感器感知并獲得衛(wèi)星當(dāng)前姿態(tài)信息，傳輸給姿態(tài)控制器，姿態(tài)控制器對當(dāng)前姿態(tài)進(jìn)行判斷并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)對衛(wèi)星姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)的控制。
[0003]地面測試工作貫穿衛(wèi)星研制始終，由于姿控系統(tǒng)的重要性，使得對姿控系統(tǒng)的測試成為了小衛(wèi)星地面測試的首要任務(wù)。由于研制周期和研制成本等方面的限制，同時為減少風(fēng)險，一般采用模擬器代替姿控系統(tǒng)的各個單機(jī)部件，模擬其工作特性，來配合完成姿控系統(tǒng)的地面閉環(huán)仿真測試。與采用姿控系統(tǒng)真實(shí)部件進(jìn)行地面試驗(yàn)相比，模擬器具有經(jīng)濟(jì)性、可控性、無破壞性、可靠性等優(yōu)點(diǎn)。同時也能通過調(diào)整模擬器的內(nèi)部參數(shù)，改變模擬器的輸出特性，可將模擬器應(yīng)用于不同型號衛(wèi)星的地面測試中，具有一定的通用性。
[0004]目前，衛(wèi)星地面測試領(lǐng)域使用的姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器均是采用電纜的連接來實(shí)現(xiàn)各個設(shè)備之間的通信，通信接口使用的是衛(wèi)星設(shè)備常用電氣接口，如CAN接口、LVDS接口、RS-422接口和RS-485接口等。由于衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備較多，采用電纜連接各個設(shè)備使得連接關(guān)系較為復(fù)雜，測試現(xiàn)場較為混亂，占用空間較大，電纜傳輸信號將帶入干擾，信噪比降低，同時，由于電纜和接插件較多，存在電纜和接插件連接錯誤而燒毀設(shè)備等風(fēng)險。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，提供一種基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0007]一種基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器，包括:FPGA控制單元模塊，DSP運(yùn)算單元模塊和兩路UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊;所述DSP運(yùn)算單元模塊和兩路所述UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊分別與所述FPGA控制單元模塊相連；
[0008]所述FPGA控制單元模塊可實(shí)現(xiàn)對整個模擬器的控制和數(shù)據(jù)交互;所述DSP運(yùn)算單元模塊可實(shí)現(xiàn)姿控系統(tǒng)部件/單機(jī)的模型解算;所述UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊可實(shí)現(xiàn)UART協(xié)議數(shù)據(jù)和WIFI信號數(shù)據(jù)間的相互轉(zhuǎn)換；
[0009]所述UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊可將發(fā)送的WIFI信號進(jìn)行接收，并將其轉(zhuǎn)換成UART信號，傳給FPGA控制單元模塊;兩路所述UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊通過FPGA控制單元模塊并行控制；
[0010]所述FPGA控制單元模塊接收UART信號，并可根據(jù)通信協(xié)議，對接收的數(shù)據(jù)和命令進(jìn)行解析，并將姿控系統(tǒng)各個部件/單機(jī)對應(yīng)模型解算所需的數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP運(yùn)算單元模塊；
[0011 ]所述DSP運(yùn)算單元模塊可接收需解算的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型解算，并將解算結(jié)果發(fā)送給FPGA控制單元模塊；
[0012]所述FPGA控制單元模塊可接收模型解算結(jié)果并根據(jù)通信協(xié)議，將模型解算結(jié)果通過UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送給對應(yīng)設(shè)備。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述FPGA控制單元模塊內(nèi)設(shè)有:中心控制模塊，UART數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，與DSP通信接口模塊，以及數(shù)據(jù)和命令解析、組幀模塊；
[0014]所述UART數(shù)據(jù)收發(fā)模塊可接收UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊傳輸過來的數(shù)據(jù)和命令，接收的信息傳輸給數(shù)據(jù)和命令解析、組幀模塊；
[0015]所述數(shù)據(jù)和命令解析、組幀模塊可根據(jù)通信協(xié)議對收到的數(shù)據(jù)和命令進(jìn)行解析，并將解析后的數(shù)據(jù)和命令傳輸給中心控制模塊；
[0016]所述中心控制模塊根據(jù)整個模擬器的工作時序，并行控制各個模塊協(xié)調(diào)工作，同時，處理收到的數(shù)據(jù)和命令，并將要進(jìn)行模型解算的數(shù)據(jù)發(fā)送給與DSP通信接口模塊；
[0017]所述與DSP通信接口模塊可把接收到得數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP運(yùn)算單元模塊。
[0018]在上述技術(shù)方案中，所述DSP運(yùn)算單元模塊收到所述與DSP通信接口模塊發(fā)送的信息后，可進(jìn)行工作模式和命令判斷，判斷完后進(jìn)行對應(yīng)模型解算，解算完后將解算結(jié)果發(fā)送給FPGA控制單元模塊。
[0019]在上述技術(shù)方案中，所述FPGA控制單元模塊可通過中心控制模塊的控制，將模型解算結(jié)果按照通信協(xié)議要求，經(jīng)數(shù)據(jù)和命令解析、組幀模塊以及UART數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送給UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊，UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換成WIFI信號發(fā)送給對應(yīng)外部設(shè)備。
[0020]在上述技術(shù)方案中，所述中心控制模塊可根據(jù)整個板卡的工作狀態(tài)，控制模擬器前面板的工作指示燈;所述工作指示燈用于指示板卡當(dāng)前的工作狀態(tài)。
[0021]本發(fā)明具有以下的有益效果:
[0022]本發(fā)明的基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器，可通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)模擬器與其它設(shè)備之間的數(shù)字量信號通信，具有自組網(wǎng)能力，通信速率可調(diào)，最高可支持230.4kbps。此外，模擬器采用了FPGA來實(shí)現(xiàn)模塊通信和時序的并行控制，采用了DSP來實(shí)現(xiàn)快速浮點(diǎn)計算和姿控系統(tǒng)單機(jī)模型的解算，可實(shí)現(xiàn)對姿控系統(tǒng)各個單機(jī)部件工作特性的模擬，解算周期為2.5ms，速度快，精度高。
[0023]本發(fā)明的基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器具有兩路UART-WIFI通信接口，采用WIFI無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的通信，兩路UART-WIFI通信接口通過FPGA并行控制，具有良好的并行處理能力，遵循802.1lb標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)，最大自組網(wǎng)個數(shù)為20個，通信速率可調(diào)，最高可支持230.4kbps，具有測試過程簡潔、靈活性強(qiáng)、速度快、安全性高、可靠性好等優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]圖1為本發(fā)明的基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明的基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器的FPGA和DSP的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明的發(fā)明思想為:
[0028]本發(fā)明的基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器，基于WIFI通信技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)，運(yùn)用了 FPGA的并行處理及時序控制能力和DSP的快速浮點(diǎn)計算能力，可實(shí)現(xiàn)對小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)各個單機(jī)部件工作特性的模擬，模擬周期為2.5ms，用于小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)地面閉環(huán)測試中。
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做以詳細(xì)說明。
[0030]小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器整體設(shè)計分為三大單元模塊，分別為FPGA控制單元模塊、DSP運(yùn)算單元模塊和UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊。
[0031]根據(jù)圖1所示，F(xiàn)PGA控制單元模塊為模擬器的主控制器，實(shí)現(xiàn)對整個模擬器的控制和數(shù)據(jù)交互;DSP運(yùn)算單元模塊實(shí)現(xiàn)姿控系統(tǒng)部件/單機(jī)的模型解算;UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)UART協(xié)議數(shù)據(jù)和WIFI信號數(shù)據(jù)間的相互轉(zhuǎn)換。
[0032]小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器整體工作過程如下:星載計算機(jī)、動力學(xué)仿真計算機(jī)、調(diào)度與故障注入計算機(jī)根據(jù)通信協(xié)議，通過WIFI接口發(fā)送各個模擬器所需的數(shù)據(jù)和命令；模擬器的UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊將發(fā)送的WIFI信號進(jìn)行接收，并將其轉(zhuǎn)換成UART信號，傳給FPGA控制單元模塊;FPGA控制單元模塊接收UART信號，并根據(jù)通信協(xié)議，對接收的數(shù)據(jù)和命令進(jìn)行解析，并將姿控系統(tǒng)各個部件/單機(jī)對應(yīng)模型解算所需的數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP運(yùn)算單元模塊，DSP運(yùn)算單元模塊接收需解算的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型解算，并將解算結(jié)果發(fā)送給FPGA控制單元模塊，F(xiàn)PGA控制單元模塊接收模型解算結(jié)果并根據(jù)通信協(xié)議，將模型解算結(jié)果通過UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送給對應(yīng)設(shè)備。
[0033]根據(jù)圖1所示，小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器采用FPGA來實(shí)現(xiàn)模塊通信和時序控制，采用DSP來實(shí)現(xiàn)快速浮點(diǎn)計算和模型解算。FPGA采用Altera公司生產(chǎn)的EP3C40F484I7型號的FPGA，DSP采用TI公司生產(chǎn)的TMS320F281X型號的DSP。兩路UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊均采用ESP8266WIFI模塊，該模塊可實(shí)現(xiàn)UART和WIFI信號的相互轉(zhuǎn)換，遵循802.1 Ib標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)，最大自組網(wǎng)個數(shù)為20個，通信速率可調(diào)，最高可支持230.4kbps。采用此套硬件方案可實(shí)現(xiàn)小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器的無線通信，并可實(shí)現(xiàn)對姿控系統(tǒng)各個單機(jī)部件工作特性的模擬，使姿控系統(tǒng)地面閉環(huán)測試變得快捷、安全、可靠。
[0034]根據(jù)小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器的工作時序、外部通信和對應(yīng)模型解算等要求，設(shè)計模擬器的FPGA和DSP的流程示意圖如圖2所示。圖2中各個模塊為編寫在FPGA內(nèi)部的邏輯單元模塊，實(shí)現(xiàn)對時序的控制和外部硬件模塊的控制。
[0035]根據(jù)圖2，小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器的FPGA固件主要實(shí)現(xiàn)對模擬器工作時序和外部通信的控制，DSP軟件實(shí)現(xiàn)對應(yīng)模型的解算和與FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。其工作過程如下:
[0036]I)、UART數(shù)據(jù)收發(fā)模塊接收UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊傳輸過來的數(shù)據(jù)和命令，接收的信息傳輸給數(shù)據(jù)和命令解析、組幀模塊；
[0037]2)、數(shù)據(jù)和命令解析、組幀模塊根據(jù)通信協(xié)議對收到的數(shù)據(jù)和命令進(jìn)行解析，并將解析后的數(shù)據(jù)和命令傳輸給中心控制模塊；
[0038]3)、中心控制模塊根據(jù)整個模擬器的工作時序，并行控制各個模塊協(xié)調(diào)工作，同時，處理收到的數(shù)據(jù)和命令，并將要進(jìn)行模型解算的數(shù)據(jù)發(fā)送給與DSP通信接口模塊；
[0039]4)、與DSP通信接口模塊把接收到得數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP運(yùn)算單元模塊，DSP運(yùn)算單元模塊收到這部分信息后，進(jìn)行工作模式和命令判斷，判斷完后進(jìn)行對應(yīng)模型解算，解算完后將解算結(jié)果發(fā)送給FPGA;
[0040]5)、FPGA控制單元模塊通過中心控制模塊的控制，將模型解算結(jié)果按照通信協(xié)議要求，經(jīng)數(shù)據(jù)和命令解析、組幀模塊以及UART數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送給UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊，UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換成WIFI信號發(fā)送給對應(yīng)外部設(shè)備；
[0041]6)、中心控制模塊根據(jù)整個板卡的工作狀態(tài)，控制模擬器前面板的3個工作指示燈，用于指示板卡當(dāng)前的工作狀態(tài)。
[0042]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器，其特征在于，包括:FPGA控制單元模塊，DSP運(yùn)算單元模塊和兩路UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊；所述DSP運(yùn)算單元模塊和兩路所述UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊分別與所述FPGA控制單元模塊相連； 所述FPGA控制單元模塊可實(shí)現(xiàn)對整個模擬器的控制和數(shù)據(jù)交互;所述DSP運(yùn)算單元模塊可實(shí)現(xiàn)姿控系統(tǒng)部件/單機(jī)的模型解算;所述UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊可實(shí)現(xiàn)UART協(xié)議數(shù)據(jù)和WIFI信號數(shù)據(jù)間的相互轉(zhuǎn)換； 所述UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊可將發(fā)送的WIFI信號進(jìn)行接收，并將其轉(zhuǎn)換成UART信號，傳給FPGA控制單元模塊;兩路所述UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊通過FPGA控制單元模塊并行控制； 所述FPGA控制單元模塊接收UART信號，并可根據(jù)通信協(xié)議，對接收的數(shù)據(jù)和命令進(jìn)行解析，并將姿控系統(tǒng)各個部件/單機(jī)對應(yīng)模型解算所需的數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP運(yùn)算單元模塊； 所述DSP運(yùn)算單元模塊可接收需解算的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型解算，并將解算結(jié)果發(fā)送給FPGA控制單元模塊； 所述FPGA控制單元模塊可接收模型解算結(jié)果并根據(jù)通信協(xié)議，將模型解算結(jié)果通過UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送給對應(yīng)設(shè)備。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器，其特征在于，所述FPGA控制單元模塊內(nèi)設(shè)有:中心控制模塊，UART數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，與DSP通信接口模塊，以及數(shù)據(jù)和命令解析、組幀模塊； 所述UART數(shù)據(jù)收發(fā)模塊可接收UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊傳輸過來的數(shù)據(jù)和命令，接收的信息傳輸給數(shù)據(jù)和命令解析、組幀模塊； 所述數(shù)據(jù)和命令解析、組幀模塊可根據(jù)通信協(xié)議對收到的數(shù)據(jù)和命令進(jìn)行解析，并將解析后的數(shù)據(jù)和命令傳輸給中心控制模塊； 所述中心控制模塊根據(jù)整個模擬器的工作時序，并行控制各個模塊協(xié)調(diào)工作，同時，處理收到的數(shù)據(jù)和命令，并將要進(jìn)行模型解算的數(shù)據(jù)發(fā)送給與DSP通信接口模塊； 所述與DSP通信接口模塊可把接收到得數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP運(yùn)算單元模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器，其特征在于，所述DSP運(yùn)算單元模塊收到所述與DSP通信接口模塊發(fā)送的信息后，可進(jìn)行工作模式和命令判斷，判斷完后進(jìn)行對應(yīng)模型解算，解算完后將解算結(jié)果發(fā)送給FPGA控制單元模塊。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器，其特征在于，所述FPGA控制單元模塊可通過中心控制模塊的控制，將模型解算結(jié)果按照通信協(xié)議要求，經(jīng)數(shù)據(jù)和命令解析、組幀模塊以及UART數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送給UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊，UART-WIFI轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換成WIFI信號發(fā)送給對應(yīng)外部設(shè)備。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于WIFI通信的小衛(wèi)星姿控系統(tǒng)設(shè)備模擬器，其特征在于，所述中心控制模塊可根據(jù)整個板卡的工作狀態(tài)，控制模擬器前面板的工作指示燈;所述工作指示燈用于指示板卡當(dāng)前的工作狀態(tài)。
【文檔編號】G05D1/08GK105867398SQ201610243539
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】邢斯瑞, 易進(jìn), 徐婧, 王亞洲, 戴路
【申請人】長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司