微小卫星姿轨控系统软件设计与半物理仿真
发布时间：2022-09-30 12:40
随着我国航天事业的快速发展,卫星技术的应用遍布在各个领域,卫星系统资源的商业应用也逐渐蔓延开来。因此体积小,成本低,研制周期短,可靠性高,集成度高是目前卫星的研制的主要方向。卫星姿轨控系统,作为卫星平台极其重要的组成部分,主要负责完成卫星姿态控制和轨道控制的任务,而作为姿轨控系统的功能主体,姿轨控系统软件技术的提升和完善是实现卫星研制技术商业化转型的最为直接快捷的发展方向。本文以卫星姿轨控系统软件作为研究对象,基于嵌入式实时操作系统完成软件内部的系统资源分配和调度管理工作,并对卫星姿轨控软件的设计和实现进行优化。本文预期通过采用嵌入式实时操作系统与姿轨控应用软件相结合的方式,完成卫星系统姿态轨道控制功能,降低软件内调度管理功能复杂度,剥离系统应用软件与底层硬件的交互,提高系统软件的复用率,解决当前卫星研制周期长,成本高,集成度低的现状。本文首先对卫星技术应用领域和现状进行论述和分析,并对微小卫星姿轨控系统和嵌入式实时操作系统的国内外现状以及发展趋势和应用现状进行了分析研究,提出采用开源操作系统并在其基础上进行完善和改进以适应姿轨控系统应用,以完成姿轨控系统软件设计开发是解决当前卫星研制...
【文章页数】：120 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 微小卫星及姿轨控系统的研究现状
1.2.2 嵌入式实时操作系统在国外的研究现状
1.2.3 嵌入式实时操作系统在国内的研究现状
1.2.4 嵌入式实时操作系统的发展趋势
1.2.5 嵌入式实时操作系统在航天领域的应用现状
1.3 本文主要研究内容
第二章 卫星姿轨控系统结构组成与功能分析
2.1 卫星姿轨控系统组成
2.1.1 星载计算机
2.1.2 测量敏感器
2.1.3 执行机构
2.2 卫星姿轨控系统软件组成
2.2.1 姿轨控系统软件层次结构设计
2.2.2 姿轨控系统底层软件
2.2.3 姿轨控系统应用软件
2.3 姿轨控系统软件功能分析
2.4 姿轨控系统软件性能分析
2.4.1 时间特性要求
2.4.2 空间特性要求
2.4.3 软件数据精度要求
2.5 本章小结
第三章 姿轨控实时操作系统应用
3.1 任务管理与调度
3.1.1 任务类型和状态
3.1.2 系统任务创建
3.1.3 姿轨控系统任务管理和调度
3.2 时间管理
3.3 资源管理
3.4 数据交互机制
3.4.1 基于全局变量的数据交互
3.4.2 基于消息传递的数据通信
3.4.3 姿轨控系统数据交互功能实现
3.5 系统移植
3.5.1 操作系统的移植
3.5.2 BSP移植
3.5.3 硬件交互及库文件
3.6 本章小结
第四章 姿轨控系统应用软件设计
4.1 功能分析及任务分配
4.2 任务模块功能设计
4.2.1 初始化模块
4.2.2 数据采集模块
4.2.3 姿态控制模块
4.2.4 轨道控制模块
4.2.5 模式及基准确定模块
4.2.6 遥控遥测模块
4.2.7 存储器维护模块
4.3 可靠性设计
4.3.1 软件数据可靠性设计
4.3.2 存储单元的可靠性设计
4.4 在轨编程功能设计
4.4.1 地址表的实现与工作机制
4.4.2 编程数据包的设计与使用
4.5 本章小结
第五章 卫星姿态控制系统方案设计与仿真
5.1 卫星姿态描述
5.1.1 参考坐标系
5.1.2 方向余弦式
5.1.3 欧拉角
5.1.4 四元数
5.2 卫星姿态模型建立
5.2.1 卫星姿态运动学
5.2.2 卫星姿态动力学
5.2.3 干扰力矩分析
5.3 卫星姿态控制算法设计
5.3.1 控制系统建模
5.3.2 控制算法设计
5.4 本章小结
第六章 卫星姿轨控系统半物理仿真与测试
6.1 仿真系统硬件组成
6.2 半物理仿真测试软件
6.3 仿真测试验证
6.3.1 软件功能测试及分析
6.3.2 软件性能测试及分析
6.4 本章小结
第七章 论文总结与展望
7.1 主要结论
7.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
本文编号：3683571
【文章页数】：120 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 微小卫星及姿轨控系统的研究现状
1.2.2 嵌入式实时操作系统在国外的研究现状
1.2.3 嵌入式实时操作系统在国内的研究现状
1.2.4 嵌入式实时操作系统的发展趋势
1.2.5 嵌入式实时操作系统在航天领域的应用现状
1.3 本文主要研究内容
第二章 卫星姿轨控系统结构组成与功能分析
2.1 卫星姿轨控系统组成
2.1.1 星载计算机
2.1.2 测量敏感器
2.1.3 执行机构
2.2 卫星姿轨控系统软件组成
2.2.1 姿轨控系统软件层次结构设计
2.2.2 姿轨控系统底层软件
2.2.3 姿轨控系统应用软件
2.3 姿轨控系统软件功能分析
2.4 姿轨控系统软件性能分析
2.4.1 时间特性要求
2.4.2 空间特性要求
2.4.3 软件数据精度要求
2.5 本章小结
第三章 姿轨控实时操作系统应用
3.1 任务管理与调度
3.1.1 任务类型和状态
3.1.2 系统任务创建
3.1.3 姿轨控系统任务管理和调度
3.2 时间管理
3.3 资源管理
3.4 数据交互机制
3.4.1 基于全局变量的数据交互
3.4.2 基于消息传递的数据通信
3.4.3 姿轨控系统数据交互功能实现
3.5 系统移植
3.5.1 操作系统的移植
3.5.2 BSP移植
3.5.3 硬件交互及库文件
3.6 本章小结
第四章 姿轨控系统应用软件设计
4.1 功能分析及任务分配
4.2 任务模块功能设计
4.2.1 初始化模块
4.2.2 数据采集模块
4.2.3 姿态控制模块
4.2.4 轨道控制模块
4.2.5 模式及基准确定模块
4.2.6 遥控遥测模块
4.2.7 存储器维护模块
4.3 可靠性设计
4.3.1 软件数据可靠性设计
4.3.2 存储单元的可靠性设计
4.4 在轨编程功能设计
4.4.1 地址表的实现与工作机制
4.4.2 编程数据包的设计与使用
4.5 本章小结
第五章 卫星姿态控制系统方案设计与仿真
5.1 卫星姿态描述
5.1.1 参考坐标系
5.1.2 方向余弦式
5.1.3 欧拉角
5.1.4 四元数
5.2 卫星姿态模型建立
5.2.1 卫星姿态运动学
5.2.2 卫星姿态动力学
5.2.3 干扰力矩分析
5.3 卫星姿态控制算法设计
5.3.1 控制系统建模
5.3.2 控制算法设计
5.4 本章小结
第六章 卫星姿轨控系统半物理仿真与测试
6.1 仿真系统硬件组成
6.2 半物理仿真测试软件
6.3 仿真测试验证
6.3.1 软件功能测试及分析
6.3.2 软件性能测试及分析
6.4 本章小结
第七章 论文总结与展望
7.1 主要结论
7.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
本文编号：3683571
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