專利名稱：敏感器模擬器及具有該敏感器模擬器的衛星閉環仿真系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于衛星仿真測試技術領域，具體涉及一種敏感器模擬器及具有該敏感器模擬器的衛星閉環仿真系統。
背景技術：
敏感器作為衛星飛行控制系統中一個關鍵部件，主要用于測量衛星的姿態數據和軌道數據，例如星敏感器是以恒星為參照系，以星空為工作對象的高精度空間姿態測量裝置。因為衛星飛行控制系統研制非常復雜，而且成本很高，所以，在衛星飛行控制系統研制初期，常常需要對衛星飛行控制系統進行仿真，而在衛星飛行控制仿真系統中，對敏感器的仿真設備稱為敏感器模擬器。現有的敏感器模擬器功能單一，針對不同種類的敏感器，一般需要分別設置對應的敏感器模擬器，例如當一個衛星飛行控制仿真系統中需要同時使用星敏感器和太陽敏感器時，研發人員通常會設計出星敏感器模擬器和太陽敏感器模擬器，從而既增加了仿真系統的復雜度，而且也增加了研發費用。另外，現有的敏感器模擬器一般是通過數學仿真的方式接入衛星飛行控制仿真系統的，該種方法存在的主要缺陷為敏感器模擬器的輸出為物理量的數值仿真，與敏感器物理器件在實際衛星飛行控制系統中輸出的數據格式不同，從而降低了仿真可信度。
發明內容
針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種敏感器模擬器，既具有配置靈活、通用性強和可擴展性好的優點，同時，該敏感器模擬器輸出的數據格式與實際敏感器物理器件在實際衛星控制系統中輸出的數據格式相同，從而有效的提高了仿真可信度。本發明還提供一種具有該敏感器模擬器的衛星閉環仿真系統，該衛星閉環仿真系統具有仿真可信度高的優點。本發明所采用的技術方案如下本發明提供一種敏感器模擬器，包括仿真服務器和數據接口轉換器；所述仿真服務器對需要仿真的敏感器進行數學仿真計算，得到所述敏感器的模擬測量值，并將該模擬測量值發送給所述數據接口轉換器；所述數據接口轉換器將接收到的所述模擬測量值的數據格式轉化為真實測量值的數據格式，得到真實格式模擬測量值，并輸出該真實格式模擬測量值；其中，所述真實格式模擬測量值的數據格式與實際敏感器物理器件在實際衛星控制系統中輸出的數據格式相同。優選的，所述仿真服務器對需要仿真的敏感器進行數學仿真計算，具體為所述仿真服務器根據當前衛星的軌道參數信息和姿態四元數信息以及預存的需要仿真的敏感器的數學模型進行數學仿真計算。優選的，所述模擬測量值的數據格式為符合以太網協議的數據格式；所述真實格式模擬測量值的數據格式為符合CAN協議的數據格式。優選的，所述數據接口轉換器包括星敏感器數據接口轉換器、太陽敏感器數據接口轉換器、磁強計數據接口轉換器、光纖陀螺數據接口轉換器、GPS數據接口轉換器中的一種或幾種。優選的，所述數據接口轉換器為至少一個；每一個數據接口轉換器用于將屬于同一類敏感器的模擬測量值的數據格式轉化為真實格式模擬測量值的數據格式和/或每一個數據接口轉換器用于將屬于不同類敏感器的模擬測量值的數據格式轉化為真實格式模擬測量值的數據格式。優選的，還包括網絡集線器，所述網絡集線器用于連接所述仿真服務器和所述數據接口轉換器。優選的，還包括PXI總線測試機，所述PXI總線測試機與所述數據接口轉換器的輸出端相連接。優選的，所述PXI總線測試機用于接收并顯示所述數據接口轉換器輸出的所述真實格式模擬測量值。優選的，所述仿真服務器和所述數據接口轉換器通過以太網連接，所述數據接口轉換器和所述PXI總線測試機通過CAN網連接。本發明還提供一種衛星閉環仿真系統，，包括上述任一項的敏感器模擬器。本發明的有益效果如下本發明提供的敏感器模擬器，可以同時或分別作為各類敏感器的敏感器模擬器， 例如星敏感器模擬器、太陽敏感器模擬器、光纖陀螺模擬器、磁強計模擬器、GPS模擬器， 從而具有通用性強和可擴展性好的優點；另外，該敏感器模擬器輸出的數據格式與實際敏感器物理器件在實際衛星控制系統中輸出的數據格式相同，從而既可以接入衛星控制閉環仿真系統，還有效的提高了仿真可信度。
圖1為本發明實施例二提供的敏感器模擬器的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施方式
進行說明。實施例一本發明實施例提供一種敏感器模擬器，包括仿真服務器和數據接口轉換器；所述仿真服務器對需要仿真的敏感器進行數學仿真計算，得到所述敏感器的模擬測量值，并將該模擬測量值發送給所述數據接口轉換器；所述數據接口轉換器將接收到的所述模擬測量值的數據格式轉化為真實測量值的數據格式，得到真實格式模擬測量值，并輸出該真實格式模擬測量值；其中，所述真實格式模擬測量值為實際敏感器物理器件在實際衛星控制系統中輸出的數據格式。下面分別介紹仿真服務器和數據接口轉換器的工作原理(一 )仿真服務器本發明提供的仿真服務器主要用于對需要仿真的敏感器進行數學仿真計算。
具體的，仿真服務器可以根據當前衛星的軌道參數信息和姿態四元數信息以及預存的需要仿真的敏感器的數學模型進行數學仿真計算。其中，仿真服務器預存的敏感器的數學模型包括但不限于星敏感器數學模型、太陽敏感器數學模型、磁強計數學模型、光纖陀螺數學模型、GPS數學模型等。當用戶需要對星敏感器進行仿真時，則仿真服務器根據預存的星敏感器數學模型進行數學仿真計算，得到敏感器的模擬測量值。由于本發明中，仿真服務器對需要仿真的敏感器進行的仿真為數學仿真，所以得到的敏感器測量結果為模擬測量值，與敏感器在實際衛星控制系統中輸出的數據格式不同，具有仿真可信度差的缺點，所以仿真服務器將該模擬測量值發送給數據接口轉換器，由數據接口轉換器對模擬測量值的格式進行轉化。在實際使用中，仿真服務器可以采用工作站形式，型號為HP Z400WOrkStatiOn，在工作站上分別安裝有Windows XP x64版本以上操作系統、Visual Studio 6. 0等軟件開發環境。(二)數據接口轉換器本發明提供的數據接口轉換器的主要作用為將接收到的來自仿真服務器的模擬測量值的數據格式轉化為真實測量值的數據格式，得到真實格式模擬測量值，并輸出該真實格式模擬測量值；其中，所述真實格式模擬測量值的數據格式與實際敏感器物理器件在實際衛星控制系統中輸出的數據格式相同。通過數據接口轉換器，實現了使敏感器模擬器輸出的數據格式與實際敏感器物理器件在實際衛星控制系統中輸出的數據格式相同的優點，從而有效提高了仿真可信度。根據實際需要，數據接口轉換器包括星敏感器數據接口轉換器、太陽敏感器數據接口轉換器、磁強計數據接口轉換器、光纖陀螺數據接口轉換器、GPS數據接口轉換器中的一種或幾種。而且，每一個數據接口轉換器可以用于將屬于同一類敏感器的模擬測量值的數據格式轉化為真實格式模擬測量值的數據格式和/或每一個數據接口轉換器用于將屬于不同類敏感器的模擬測量值的數據格式轉化為真實格式模擬測量值的數據格式。本發明實施例提供的敏感器模擬器，包括仿真服務器和數據接口轉換器，能夠真實地模擬各類敏感器，例如星敏感器、太陽敏感器、磁強計、光纖陀螺、GPS接收機等在星上的工作，能夠準確地計算出衛星在不同時刻不同位置的姿態，從而有效地縮短了衛星控制系統的研制周期，極大地減少了衛星控制系統的研制費用。實施例二由于現有實際衛星系統中，星上設備間是通過CAN (Controller Area Network，控制器局域網)總線進行數據通訊的，也就是說，星上敏感器出的數據格式為符合CAN協議的數據格式類型，因此，本實施例提供的敏感器模擬器輸出的數據格式以符合CAN協議的數據格式為例進行說明。但需要說明的是，本發明并不局限于此，當星上設備間采用其他數據格式，例如A類數據格式進行通訊時，本發明提供的敏感器模擬器中，其輸出的數據格式也可以進行相應的變化，凡是符合該種構想的情況均在本發明保護范圍之內。具體的，本實施例提供的敏感器模擬器中，包括仿真服務器和以太網/CAN數據接口轉換器。其中，仿真服務器和以太網/CAN數據接口轉換器通過以太網連接。下面分別介紹仿真服務器和以太網/CAN數據接口轉換器的工作原理。
(一 )仿真服務器本實施例提供的仿真服務器與實施例一提供的仿真服務器相同，在此不再贅述。(二)以太網/CAN數據接口轉換器由于在實際衛星系統中，敏感器可以為多類，例如星敏感器、太陽敏感器、磁強計、光纖陀螺、GPS中的一種或幾種，因此，當仿真服務器基于不同的敏感器的數學模型，計算得到不同敏感器的模擬測量值，例如星敏感器模擬測量值、太陽敏感器模擬測量值、磁強計模擬測量值、光纖陀螺模擬測量值、GPS模擬測量值等，然后將這些不同類的模擬測量值可以發送給同一個以太網/CAN數據接口轉換器，也可以分別發送給對應的敏感器的以太網/CAN數據接口轉換器。也就是說，本發明實施例提供的以太網/CAN數據接口轉換器既可以將屬于同一類敏感器的符合以太網協議的數據格式轉化為符合CAN協議的數據格式， 也可以將屬于不同類敏感器的符合以太網協議的數據格式轉化為符合CAN協議的數據格式。為方便說明，下面將符合以太網協議的數據格式的數據簡稱為以太網數據，將符合CAN 協議的數據格式的數據簡單為CAN數據。例如如圖1所示，仿真服務器基于預存的太陽敏感器的數學模型進行仿真計算， 得到太陽敏感器的以太網數據，基于預存的星敏感器的數學模型進行仿真計算，得到星敏感器的以太網數據，則太陽敏感器的以太網數據和星敏感器的以太網數據可以通過以下兩種方式進行發送(一)只設置一個以太網/CAN數據接口轉換器，則太陽敏感器的以太網數據和星敏感器的以太網數據均發送給該以太網/CAN數據接口轉換器，該以太網/CAN數據接口轉換器既將太陽敏感器的以太網數據轉化為CAN數據，同時也將星敏感器的以太網數據轉化為CAN數據。(二)分別設置太陽敏感器以太網/CAN數據接口轉換器和星敏感器以太網/CAN數據接口轉換器，由太陽敏感器以太網/CAN數據接口轉換器將太陽敏感器的以太網數據轉化為CAN數據，由星敏感器以太網/CAN數據接口轉換器將星敏感器的以太網數據轉化為CAN數據，但需要說明的是，太陽敏感器以太網/CAN數據接口轉換器和星敏感器以太網/CAN數據接口轉換器的硬件相同，區別僅在于傳輸內容的不同。在實際應用中，由于以太網/CAN數據接口轉換器的數量可以為多個，所以，仿真服務器和以太網/CAN數據接口轉換器間可以通過網絡集線器建立連接。需要說明的是，當將本發明實施例提供的敏感器模擬器接入衛星控制仿真系統時，以太網/CAN數據接口轉換器可以直接與星載計算機相連，從而直接向星載計算機輸出測量數據。另外，當單獨對本發明提供的敏感器模擬器進行仿真時，為監控CAN總線數據， 以太網/CAN數據接口轉換器還可以連接PXI (PCI extensions for hstrumentation)總線測試機。具體的，PXI總線測試機通過CAN網與以太網/CAN數據接口轉換器輸出端相連， PXI總線測試機用于接收并顯示以太網/CAN數據接口轉換器輸出的真實格式模擬測量值。因此，本實施例提供的敏感器模擬器，包括仿真服務器和以太網/CAN數據接口轉換器，其中，以太網/CAN數據接口轉換器，用于將來自仿真服務器的以太網數據轉化為 CAN數據，并將該CAN數據輸出；因此，本實施例實現了敏感器模擬器輸出的數據格式與實際衛星系統中敏感器輸出的數據格式相同的效果，從而提高了仿真可信度。并且，由于以太網/CAN數據接口轉換器可以對多種敏感器模擬測量值的數據格式進行轉換，具有通用性強、配置靈活的優點。
另外，本發明還提供一種應用上述敏感器模擬器的衛星閉環仿真系統，具有仿真可信度高的優點。以上公開僅為本發明的具體實施方式
，但需要說明的是，本發明保護范圍并不限于此，凡具有相同構思的技術方案均在本發明保護范圍之內。
權利要求
1.一種敏感器模擬器，其特征在于，包括仿真服務器和數據接口轉換器；所述仿真服務器對需要仿真的敏感器進行數學仿真計算，得到所述敏感器的模擬測量值，并將該模擬測量值發送給所述數據接口轉換器；所述數據接口轉換器將接收到的所述模擬測量值的數據格式轉化為真實測量值的數據格式，得到真實格式模擬測量值，并輸出該真實格式模擬測量值；其中，所述真實格式模擬測量值的數據格式與實際敏感器物理器件在實際衛星控制系統中輸出的數據格式相同。
2.根據權利要求1所述的敏感器模擬器，其特征在于，所述仿真服務器對需要仿真的敏感器進行數學仿真計算，具體為所述仿真服務器根據當前衛星的軌道參數信息和姿態四元數信息以及預存的需要仿真的敏感器的數學模型進行數學仿真計算。
3.根據權利要求1所述的敏感器模擬器，其特征在于，所述模擬測量值的數據格式為符合以太網協議的數據格式；所述真實格式模擬測量值的數據格式為符合CAN協議的數據格式。
4.根據權利要求1所述的敏感器模擬器，其特征在于，所述數據接口轉換器包括星敏感器數據接口轉換器、太陽敏感器數據接口轉換器、磁強計數據接口轉換器、光纖陀螺數據接口轉換器、GPS數據接口轉換器中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述的敏感器模擬器，其特征在于，所述數據接口轉換器為至少一個；每一個數據接口轉換器用于將屬于同一類敏感器的模擬測量值的數據格式轉化為真實格式模擬測量值的數據格式和/或每一個數據接口轉換器用于將屬于不同類敏感器的模擬測量值的數據格式轉化為真實格式模擬測量值的數據格式。
6.根據權利要求1所述的敏感器模擬器，其特征在于，還包括網絡集線器，所述網絡集線器用于連接所述仿真服務器和所述數據接口轉換器。
7.根據權利要求1所述的敏感器模擬器，其特征在于，還包括PXI總線測試機，所述 PXI總線測試機與所述數據接口轉換器的輸出端相連接。
8.根據權利要求7所述的敏感器模擬器，其特征在于，所述PXI總線測試機用于接收并顯示所述數據接口轉換器輸出的所述真實格式模擬測量值。
9.根據權利要求7所述的敏感器模擬器，其特征在于，所述仿真服務器和所述數據接口轉換器通過以太網連接，所述數據接口轉換器和所述PXI總線測試機通過CAN網連接。
10.一種衛星閉環仿真系統，其特征在于，包括權利要求1-9任一項所述的敏感器模擬ο
全文摘要
本發明提供一種敏感器模擬器，包括仿真服務器和數據接口轉換器；由于該敏感器模擬器可以同時或分別作為各類敏感器的敏感器模擬器，例如星敏感器模擬器、太陽敏感器模擬器、光纖陀螺模擬器、磁強計模擬器、GPS模擬器，從而具有通用性強和可擴展性好的優點；另外，該敏感器模擬器輸出的數據格式與實際敏感器物理器件在實際衛星控制系統中輸出的數據格式相同，從而既可以接入衛星控制閉環仿真系統，還有效的提高了仿真可信度。
文檔編號G05B17/02GK102411312SQ201110363198
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者黨朝輝, 安梅巖, 張育林, 楊雪榕, 王兆魁, 范麗, 蔣超, 項軍華 申請人:清華大學