算機 計算生成飛行器動力學數據和空間環境數據，通過反射內存網絡同步驅動各目標模擬器和 運動模擬器，目標模擬器模擬空間環境(如地球紅外輻射、恒星、地磁場、太陽），運動模擬器 模擬飛行器的姿態運動，星載計算機系統根據各測量單機獲得的測量數據進行姿態和控制 量的解算，并輸出給相應的執行機構，PXI采集控制計算機采集執行機構的執行量和變化 量，采用中斷握手機制并通過反射內存網絡將執行機構的狀態信息反饋給動力學仿真機進 行下一循環的計算，遙測遙控遙注機通過CAN總線網絡查詢星載計算機的遙測數據，同時 對星載計算機進行遙注遙控。數據分發單元通過TCP/IP網絡將實驗數據分發給數據庫和 顯示終端進行試驗數據的存儲、顯示，以及事后回放，從而形成一套完成的分布式姿態確定 和控制半物理閉環仿真測試系統。
[0022] 本發明的重點之一在于提出了采用壓控恒流源太敏等效器代替太陽敏感器和太 陽模擬器模擬飛行器各種姿態下太陽敏感器受太陽輻照的狀態，進而實現對日定向控制的 地面半物理仿真驗證，其【具體實施方式】如圖3所示。
[0023] 首先動力學仿真機根據飛行軌道參數計算出慣性系下的太陽矢量r,，然后將慣性 系下的太陽矢量轉換到飛行器本體坐標系：
(1) 對于0-1式太陽敏感器，各敏感器的敏感面法線與飛行器本體坐標系三個軸方向平行
0-1式女陽輸咸哭的給，屮，由祐先.
其中A為電流轉換系數； 為太陽輻照常數； S為太敏感器感光面積； 籠為太陽光入射角，即為式（1)中的鍵，:異，:f ; 湞為太陽敏感器的視場角； 對于模擬式太陽敏感器，首先將本體系下的太陽矢量轉換到模擬太陽敏感器測量坐標 系下。
[0024]
(4) 太陽入射角分別為：
模擬式太陽敏感器的4塊電池片a、b、c、d輸出電流分別為：
其中％％為轉換系數； ^為太陽輻照常數； S為太敏感器a、b、c和d的總感光面積。
[0025] 其次將上述太陽敏感器的電流輸出模型轉換為電壓輸出模型， 最后通過反射內存網傳輸給壓控恒流源太敏等效器，模擬飛行器在軌各種姿態下太陽 敏感器受太陽輻照的狀態。采用這種方式可以根據飛行器姿態和太陽入射矢量的關系通過 壓控恒流源模擬任意異常姿態下的輻照狀態，因此可以實現任意姿態下對日定向控制的閉 環仿真測試。同時太敏等效器各輸出通道具有很好的一致性，也克服了光學太陽模擬器輻 照不均勻的影響。
[0026] 本發明的重點之二在于提出采用坡莫合金屏蔽罩屏蔽外界環境干擾磁場，通過動 力學仿真機的高精度IGRF地磁場模型數據驅動地磁場模擬器動態生成飛行器在軌磁場， 星載計算機系統采集三軸磁強計測量的磁場數據和姿態敏感器的測量數據進行姿態和磁 控指令的解算，并控制磁力矩器進行飛行器對日定向三軸姿態控制，從而實現對日定向控 制的地面半物理閉環仿真，其【具體實施方式】如圖4所示： 首先用坡莫合金屏蔽罩屏蔽外界環境干擾磁場，分別獨立給地磁場模擬器的三個軸輸 入電流，通過高精度三軸磁強計測量模擬器生成的三維磁場，標出地磁場模擬器生成磁場 和驅動電流|的關系：
其中C為標定出的系數矩陣； 名:標定出的修正量。
[0027] 其次動力學仿真機根據IGRF地磁場模型動態生成北東地坐標系下的地磁場_^::
其中為地球半徑； X為飛行器地心距； f為東經； f為地理余煒； 為高斯系數；
η次m階的締合勒讓德多項式。
[0028] 然后將北東地坐標系下的地磁場轉換到三軸磁強計測量坐標系，并將相應的磁場 強度數據通過反射內存網發送給磁場模擬器：
(10) 其中為北東地到慣性系的轉換矩陣； 4^.為慣性系到飛行器本體坐標的轉換矩陣； __為飛行器本體坐標系到三軸磁強計測量坐標系的轉換矩陣。
[0029] 最后地磁場模擬器控制計算機利用標定出的地磁場模擬器的驅動電流和三軸磁 場強度的對應關系，根據接收到的動力學仿真機驅動數據控制電流源動態模擬輸出飛行器 在軌磁場強度。星載計算機系統實時采集三軸磁強計的測量數據進行姿態計算和控制指令 輸出，結合磁力矩器控制，可以用于飛行器的飛輪加磁力矩器的太陽定向控制、磁太陽定向 控制等對日定向控制策略的地面仿真驗證。
[0030] 通過將太陽敏感器和太陽輻照模擬技術，以及動態地磁場模擬技術相結合，把太 敏等效器和地磁場模擬器接入姿軌控系統地面半物理閉環仿真，實現了任意姿態下的對日 定向控制地面仿真驗證，以及各種對日定向控制策略的地面仿真驗證，確保了姿軌控系統 地面測試的有效性和全覆蓋性。
[0031] 以上結合附圖對本發明的一種任意姿態下飛行器對日定向控制的半物理仿真測 試系統作了說明，但是這些說明不能被理解為限制了本發明的范圍，本發明的保護范圍有 隨附的權利要求限定，任何在本發明權利要求基礎上進行的改動都是本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種對日定向控制的半物理仿真測試系統，包括星載計算機系統，陀螺，紅外地平 儀，星敏感器，三軸磁強計，執行機構和目標模擬器；所述目標模擬器模擬空間環境，所述運 動模擬器模擬飛行器的姿態運動，所述星載計算機系統根據各測量單機獲得的測量數據進 行姿態和控制量的解算，并輸出給所述執行機構，其特征在于：還包括太陽敏感器等效器， 動態地磁場模擬器，目標模擬器，運動模擬器，PXI采集控制計算機，動力學仿真機，數據分 發單元，遙測遙控遙注機、數據庫、顯示終端、CAN總線網絡和光纖反射內存網； 所述太陽敏感器等效器采用壓控電流源模擬飛行器各種姿態下太陽敏感器受太陽輻 照的狀態，所述動態地磁場模擬器模擬生成飛行器在軌磁場，所述PXI采集控制計算機采 集執行機構的執行量和變化量，采用中斷握手機制并通過所述光纖反射內存網絡將執行機 構的狀態信息反饋給所述動力學仿真機進行下一循環的計算，所述遙測遙控遙注機通過所 述CAN總線網絡查詢所述星載計算機的遙測數據，同時對所述星載計算機進行遙注遙控， 所述數據分發單元通過所述TCP/IP網絡將實驗數據分發給所述數據庫和所述顯示終端進 行試驗數據的存儲、顯示以及事后回放。2. 根據權利要求1所述的對日定向控制的半物理仿真測試系統，其特征在于所述太陽 敏感器等效器根據太陽敏感器敏感面和太陽矢量的相對關系和入射光通量大小模擬太陽 敏感器的輸出電流。3. 根據權利要求1所述的對日定向控制的半物理仿真測試系統，其特征在于所述執行 機構包括噴氣推力器控制器，慣性輪和磁力矩器。4. 根據權利要求3所述的對日定向控制的半物理仿真測試系統，其特征在于動態地磁 場模擬器動態提供所述三軸磁強計以飛行器在軌磁場強度信息進行姿態確定和所述磁力 矩器控制。5. 根據權利要求1所述的對日定向控制的半物理仿真測試系統，其特征在于所述目標 模擬器包括地球模擬器和星模擬器。6. 根據權利要求1所述的對日定向控制的半物理仿真測試系統，其特征在于所述動態 地磁場模擬器采用坡莫合金屏蔽罩。
【專利摘要】一種對日定向控制的半物理仿真測試系統，包括星載計算機系統，陀螺，紅外地平儀，星敏感器，三軸磁強計，執行機構和目標模擬器，所述目標模擬器模擬空間環境，所述運動模擬器模擬飛行器的姿態運動，所述星載計算機系統根據各測量單機獲得的測量數據進行姿態和控制量的解算，并輸出給所述執行機構，還包括太陽敏感器等效器，動態地磁場模擬器，目標模擬器，運動模擬器，PXI采集控制計算機，動力學仿真機，數據分發單元，遙測遙控遙注機、數據庫、顯示終端、CAN總線網絡和光纖反射內存網。本發明解決現有技術中無法對飛行器姿態異常翻滾情況下對日定向控制的地面仿真驗證的問題，具有提高測試真實性和有效性的有益效果。
【IPC分類】B64G7/00, G05B17/02, G05B23/02
【公開號】CN105676671
【申請號】
【發明人】陳浩, 桑小沖, 盧翔, 艾奇, 柳明旻, 黃海軍
【申請人】上海新躍儀表廠
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2014年11月21日