作者 贾艳胜 钟金凤 汪礼成 林荣峰 周胜良 上海航天操控技能研讨所(上海 200233)
贾艳胜(1983-)，男，工程师，研讨方向：卫星星载软件规划。
摘要：对依据归纳电子核算机的卫星姿轨控体系和星务体系的软件协同运转及仿真技能进行了研讨。介绍了归纳电子核算机的硬件组成，对归纳电子操控体系联合仿真进行了软件结构规划、数据池数据结构规划、数据池操作接口函数等规划。并针对该核算机规划了一种操控体系联合仿真闭环验证体系。实验成果满意操控体系的各项方针要求，整个联合仿真技能为卫星归纳电子技能的运用供给了参阅依据。
导言
卫星操控体系和星务体系是卫星平台的两个功用独立的大体系，传统卫星的姿轨控核算机与整体星务核算机是独立的两台单机，体系间经过1553B总线或CAN总线进行数据交互。交互的数据杂乱，软件的通用性和继承性较差。归纳电子核算机立足于树立未来类型的通用性与规范化，为卫星平台供给一致的数据办理、操控与数据处理等事务。归纳电子对各个分体系硬件进行了集成，大大进步了硬件和软件的复用程度，而且降低了整星的质量、体积和功耗。
本文针对归纳电子核算机进行软件架构规划，把星务软件和姿轨控软件集成为一套软件体系运转在卫星办理单元中，并在硬件上规划了一种依据归纳电子核算机的操控体系闭环仿真体系，仿真成果表明操控方针及实时性满意体系要求，对后续归纳电子卫星操控体系的地上仿真技能有很大的工程运用价值。
1 归纳电子核算机体系组成
归纳电子核算机首要由以下几部分组成：
(1)通用处理器A模块，归纳电子软件的硬件载体是卫星大脑。软件按功用分为姿控和星务两部分。姿控部分首要完结卫星的姿势操控和轨迹操控;星务部分担任接纳遥控包，解析后履行或转发，一同还担任遥测组包、组帧、加扰后送“信道关口模块”的作业。
(2)通用处理器B模块与通用处理器A模块功用相同，并互为主备份。
(3)A/D收集模块：担任收集各个单机的模仿量信息。
(4)信道关口模块：完结遥测遥控明密状况办理。
(5)时基&串行IO模块Ⅰ型、II型、III型：Ⅰ型担任接纳通用处理模块及信道关口模块的遥控输入，依据遥控包辨认区别输出方针，实施信号的转发;II型、III型首要完结了多路通用RS422串口的收发功用、多路同步信号SYNC功用、多路输出RTS恳求信号功用，供给时刻基准、电磁阀输出、自锁阀输出、D/A输出、切权指令等功用。
(6)配电模块和功率驱动模块：首要经过电源板对各个模块进行供配电，并对特定信号进行功率放大。
(7)1553B总线模块：首要与其他分体系进行数据交互。
2 多体系软件体系规划
归纳电子核算机运用的中央处理器为AT697，遵从SPARC V8指令集。编程言语选用Ada言语。
在归纳电子体系软件中，姿轨控软件与归纳电子软件一同运转，由调度内核担任调度。
2.1 软件调度方法及拜访束缚
归纳电子软件与姿轨控软件间的调度联系选用多使命调度方法，规划4个使命：布景使命、调度主使命、姿轨控使命和遥控使命，优先级顺次进步。
在多使命结构中，为避免资源拜访抵触，需对软硬件接口资源的互斥拜访进行束缚。
硬件接口采纳阻隔拜访的方法，以避免硬件信号确定引起的多使命间调度互锁。其间，时基IO板II、III型拜访的姿轨控单机接口由姿轨控软件拜访，信道关口模块、时基IO板I型、1553B总线接口都由归纳电子软件拜访;通用处理器模块中的资源需求依据运用状况作进一步地阻隔分工，原则上对该模块上的两个软件装备项共用硬件资源姿轨控软件只可读不可写。
一切串口单机的数据收集由姿轨控软件完结，模仿量数据、IO数据和遥控数据等由归纳电子软件收集，姿轨控软件不得操作相应的硬件单元。
两个软件装备项间的数据接口采纳数据池的方法通讯，经过维护方针、握手信号等手法保证数据的完整性。
2.2 软件结构规划
软件结构规划如图1所示。图中的星务软件列出了与姿轨控相关模块的数据流和操控流。
A.姿轨控软软件
收集姿轨控体系内部各单机的数据，依照姿势操控算法进行卫星的姿势轨迹核算和操控核算，生成操控指令发给相应的履行机构，一同接纳地上的遥控数据，向星务体系发送遥测参数。
(1)陀螺组合、红外地球灵敏器、反作用飞轮单机经过异步RS422串口与归纳电子核算机相连，数据收集由姿轨控软件直接纳集获取;
(2)星灵敏器经过同步RS422串口与归纳电子核算机相连，坐落归纳电子核算机中的时基&IO模块III型板，星灵敏器数据的收集由姿轨控软件直接纳集获取。
为避免硬件信号确定引起的多使命间调度互锁，星务软件不对异步RS422和同步RS422进行拜访。
B.星务软件
星务软件担任处理遥控遥测信息，收集除串口外一切的操控体系的模仿量数据、数字量数据，一同担任向磁力矩器发送操控指令，向推力器发送喷气指令。详细如下：
(1)遥控：归纳电子的遥控直接指令、直接指令与注数均依照CCSDS分包遥控规范进行遥控数据帧组帧。选用遥控中止方法接纳遥控数据，对接纳到的遥控数据进行CRC校验。
(2)遥测：归纳电子的遥测依照CCSDS分包遥测规范进行遥测数据帧组帧。
(3)数据收集：收集姿控模仿量数字量。
(4)指令输出：履行磁力矩器和推力器操控指令。
C.数据池
归纳电子软件和姿轨控软件间的数据池包含以下几类：丈量数据、遥控数据、遥测数据、操控指令、时钟接口，分别对这些数据进行阐明。
(1)丈量数据：由归纳电子软件一致收集，供姿轨控软件读取运用，这些数据包含：三轴磁强计数据、0-1式太阳灵敏器数据、模仿式太阳灵敏器、单机加断电、星箭别离和操控权状况。
(2)遥控数据：星务软件依照CCSDS包格局组帧，以整包方法将遥控数据转发给姿轨控软件。
(3)遥测数据：姿轨控软件发生的遥测依照CCSDS规范进行组包，经过数据池发送给星务软件，星务软件依照CCSDS规范担任遥测数据的组包、组帧和发送。
(4)操控指令：姿轨控软件核算得到的磁力矩器指令和喷气指令经过数据池发给星务软件，星务软件担任把操控指令发往内部功用模块和指令输出模块。
(5)时钟接口：星务软件经过数据池向姿轨控软件供给拜访体系时钟的接口。
3 联合仿真规划
为了使姿轨控和星务在归纳电子核算机中可以协同运转，以及验证选用上述软件规划的姿轨控软件运转的时刻耗费、实时性和体系操控作用是否满意预期要求，规划仿真验证体系如图2。
将归纳电子工程样机与DSPACE动力学仿真设备相连，经过星载软件监控台加载与显现终端PC机加载归纳电子软件方针代码，并与遥测PC机、遥控PC机、数据库PC机、动力学显现与操控终端PC机一同一同组成姿轨控闭环测验仿真测验体系。
(1)DSPACE动力学仿真设备：模仿卫星的姿势动力学、轨迹动力学和单机动力学。仿真设备将单机动力学中灵敏器信息依照实在单机的通讯协议(RS422、A/D、开关量)发送至星载核算机，一同接纳星载核算机发送的喷气指令、飞轮转速指令、磁力矩器指令送给姿势动力学与轨迹动力学。
(2)动力学显现与操控终端：经过图形用户接口与动力学仿真设备实时交互数据。一方面经过图形用户接口设置动力学的相关参变量，在线修正动力学模型;另一方面经过图形用户接口在线显现动力学模型的相关参变量;
(3)星载软件监控台加载终端：经过测验口把编译好的星载软件方针代码加载到星载核算机运转。
(4)遥控终端：经过1553B总线把遥控注数包发送给星载核算机。
(5)遥测终端：接纳并显现1553B总线中的遥测数据，实时数据显现以及过后数据查询和数据回放的功用。
(6)数据库终端：把 1553B中的遥测数据会集存放到数据库中，便于过后数据回放和数据查询。
4 实验成果及剖析
为了验证姿轨控体系长时刻作业下的时刻功能和操控作用，挑选红外飞轮操控方法对体系各种方针进行查核。实验曲线如图3~图5所示。
由仿真曲线可知，在红外轮控方法下，体系的操控精度满意操控方针的要求，且实时性较好，且在姿轨控的500ms操控周期内，软件的运转耗费时刻为110ms，耗时较少。
5 定论
(1)本文对依据归纳电子核算机的多体系软件协同运转及联合仿真技能进行了研讨;
(2)在软件上依照体系分为多个使命，在多使命结构中，为避免资源拜访抵触，对软硬件接口资源的互斥拜访进行束缚。并对多个使命之间的数据池交互选用维护方针的方法，保证了数据的读写同步;
(3)规划了一种归纳电子核算机操控体系的联合仿真验证体系，将选用上述架构的归纳电子核算机接入动力学构成闭环;
(4)实验成果表明整个联合仿真技能满意操控体系的各项方针要求，具有必定的工程运用价值。
参阅文献：
[1]GJB1198.6A-2004.航天器测控和数据办理第七部分:分包遥测.
[2]GJB1198.7A-2004.航天器测控和数据办理第七部分:分包遥控.
[3]Ada Reference Manual. ISO/IEC 8652:1995，159-186.
本文来源于《电子产品世界》2017年第7期第71页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
