小卫星闭环模拟设备研制

发布时间：2017-10-13 18:12

  本文关键词：小卫星闭环模拟设备研制

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【摘要】：卫星在发射进入太空后测试和维护就变得难以实现,于是在研制卫星的过程中,对卫星的各个分系统进行可靠性测试就成了卫星测试系统的首要任务。卫星的闭环测试相比于开环测试具有更好的稳定性和实时性,能有效及时的对卫星的姿态进行半实物仿真测试。半实物仿真相比与实物仿真和数字仿真具有两者皆有的优点,测试结果更接近与真实情况,也降低了测试的风险和成本。本文设计了一套通用化、小型化的卫星闭环模拟设备,模拟了星上关键设备的电气接口和工作时序。该设备可在卫星研制初期对卫星的姿控分系统进行测试,也可模拟在轨运行时的各种故障,以尽早在卫星研制的前期发现问题,避免将来可能带来的更大损失,对于保障卫星的安全可靠运行有着重要的意义。文章首先以卫星姿控分系统为例对其工作原理和测试原理进行了阐述。在精炼了分析小卫星闭环模拟设备的设计要求和技术指标后,对总体及各模块的需求进行详细的分析,提出了模拟设备的总体方案。动力学计算机模块对敏感器模拟器进行参数注入,敏感器模拟器在完成模型解算后将环境参数送给星上智能核心单元,智能核心单元发出控制信号改变执行机构的动作,执行机构采集单元采集执行机构的当前状态反馈给动力学计算机进行比对和控制,完成了一次闭环仿真。将敏感器模拟器设计为一个具有通用硬件接口的板卡,FPGA负责时序和逻辑控制,支持32位浮点运算的DSP负责模型解算功能,通过FPGA逻辑重构实现不同模拟器的需求。此外,设计了一个独立的CAN转无线的模块来代替传统CAN有线电缆连接的方式,适应了未来发展的需求。详细的描述了各部分的硬件设计方案和电路设计,对各部分的固件及程序设计也做了阐释,包括数据注入接口模块的固件设计和CAN转无线模块的程序设计等。所研制的小卫星闭环模拟设备可实现对敏感器和执行机构的模拟,具有通用化、小型化的特点。经测试,在一个闭环仿真周期内,模拟设备完成了动力学参数的注入和敏感器模型解算,满足闭环仿真周期为10ms的设计要求。CAN转无线模块正常的实现了双向通信,并且满足了对通信距离,续航时间的要求。卫星模拟设备正常可靠运行,满足了设计和测试的要求,减少了开发成本,缩短了测试周期,提高了测试的安全性和可靠性。
【关键词】：闭环仿真 卫星模拟器 FPGA DSP 无线测试
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V416.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义9-10
• 1.2 小卫星闭环测试概述10-11
• 1.3 小卫星闭环模拟设备发展现状及趋势11-15
• 1.3.1 小卫星闭环模拟设备国外发展现状11-12
• 1.3.2 小卫星闭环模拟设备国内发展现状12-13
• 1.3.3 小卫星闭环模拟设备发展趋势13-15
• 1.4 无线技术在卫星测试领域中的发展现状及趋势15-16
• 1.5 主要研究内容及论文结构16-18
• 第2章 模拟设备总体方案设计18-36
• 2.1 小卫星姿控分系统工作原理18-19
• 2.2 设计要求和技术指标19-27
• 2.2.1 总体设计要求19-22
• 2.2.2 动力学计算机模块设计要求22-23
• 2.2.3 敏感器模拟器设计要求23-27
• 2.2.4 无线传输模块设计要求27
• 2.3 需求分析27-29
• 2.4 模拟设备方案设计29-35
• 2.4.1 方案设计原则29
• 2.4.2 系统总体方案设计29-32
• 2.4.3 动力学计算机模块方案设计32-33
• 2.4.4 敏感器模拟器方案设计33-34
• 2.4.5 无线传输模块方案设计34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 模拟设备硬件设计36-51
• 3.1 动力学计算机模块硬件设计36-39
• 3.1.1 动力学计算机选择36-37
• 3.1.2 动力学计算机载板设计37-39
• 3.2 敏感器模拟器硬件设计39-45
• 3.2.1 通用板卡主控制器选择39-41
• 3.2.2 通用板卡硬件设计41-45
• 3.3 无线传输模块硬件设计45-49
• 3.3.1 无线模块选型46-47
• 3.3.2 供电电路设计47-48
• 3.3.3 MCU电路设计48-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第4章 系统固件和程序设计51-61
• 4.1 敏感器模拟器接口固件设计51-54
• 4.1.1 CAN接口固件设计52-53
• 4.1.2 RS-485 接口固件设计53
• 4.1.3 RS-422 接口固件设计53-54
• 4.2 无线传输模块程序设计54-59
• 4.2.1 无线模块使用说明54-57
• 4.2.2 无线模块工作实例57-58
• 4.2.3 MCU程序设计58-59
• 4.3 本章小结59-61
• 第5章 测试与分析61-70
• 5.1 测试方案及步骤61
• 5.2 功能模块测试61-67
• 5.2.1 动力学计算机载板测试61-63
• 5.2.2 敏感器模拟器测试63-66
• 5.2.3 无线传输模块测试66-67
• 5.3 系统测试67-68
• 5.4 测试结果及分析68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75

【参考文献】

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本文编号：1026333