基于SOC的卫星姿轨控系统通用电模拟器设计

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1、24中国空间科学技术2010年4月ChineseSpaceScienceandTechnology第2期基于SOC的卫星姿轨控系统通用电模拟器设计胡迪董云峰(北京航空航天大学，北京100191)摘要在某型卫星地面电联试过程中，对该卫星的姿态轨道控制系统进行接口分析及信号统计，针对其接口复杂性、信号多样性的特点，提出采用片上系统(SystemONaChip，SOC)芯片对所有部件模拟器进行通用化设计。文中给出了该型卫星通用型电模拟器硬件平台设计方案以及陀螺、反作用轮和通用接口模块的硬件配置说明，针对该型卫星姿态轨道控制系统电联试要求，对所有部件按真实接口配置

2、成电模拟器，形成通用接口箱，敏感器电模拟器箱和执行机构电模拟器箱，并通过CAN(ControllerAreaNetwork)总线接入闭环仿真，对太阳捕获、地球捕获及正常模式进行了仿真测试，仿真结果表明通用电模拟器满足设计要求，对其他卫星的地面电联试有很好的参考价值。关键词陀螺反作用轮片上系统电模拟器地面测试姿态轨道控制系统卫星1引言在卫星地面电联系统中，对于测量系统和执行系统，通常按照各真实设备的电接口规范和功能要求由各种电路板来模拟，该电路板被称为各设备的电模拟器[1]。地面电联试阶段采用电模拟器可降低成本、缩短开发周期、能有效提升卫星功能测试以及方便电

3、模拟器的升级改造；可方便地模拟各部件工作状态以满足测试要求和验证的需要；还可以在电模拟器程序中加入故障模式，方便地进行故障仿真，提升卫星控制系统的可靠性和冗余性。而目前大部分研究着重于如何构建卫星仿真平台、测试网络及星载计算机的总线化设计[2'5]，对于地面电联试如何构建通用型电模拟器关注较少。文献[1]提出采用PXI总线构建通用卫星电模拟器平台是基于标准总线的电模拟器，适合数字式仿真，不适合电信号故障模式下的仿真应用。文献[6]采用CAN总线和以太网构建卫星和火箭控制系统地面测试平台，电模拟器采用各种板卡实现，并未实现通用化设计。文献[7]只针对反作用飞

4、轮提出了基于C8051F040的电模拟器设计，此模拟器设计针对性太强，核心芯片处理能力有限，不适合进行复杂的精确的模型计算和故障模式注入仿真。文献[8]提出采用TM320F2812和C8051F040构建电模拟器，对于各模拟非标准接口并未进行详细说明，不能仿真各种电信号的故障模式。文献[1]、[8]均不能直接用于采用PCM码构成串行移位接口的仿真应用。本文采用基于ARM7内核的片上系统(SystemonaChip，SOC)微控制器设计通用型电模拟器，芯片处理能力强大适合精确复杂模型计算，接口丰富覆盖了各部件接口特性，适合电信号仿真；并且所有部件模拟器采用相

5、同的硬件设计，只需修改配置表即可完成对不同模拟器的配置。分系统闭收稿日期：2009-07-02。收修改稿日期：2009—09—04!旦!!釜!旦生垦空型型堂墼查2§环测试表明该通用型电模拟器采用统一化硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了开发成本，增加了系统的可扩展性，提升了可维修性，对其他卫星的地面电联试有较高的参考价值。2通用电模拟器硬件设计2．1硬件接口分析及方案设计在该型卫星技术改进电联式系统研制过程中，姿态轨道控制分系统的电联系统是其核心组成部分。针对该型卫星姿态轨道控制分系统的接口特性，将分系统电模拟器分为：星载计算机模拟器、通用接口箱模拟器、敏

6、感器模拟器、执行机构模拟器，与动力学仿真系统和遥测遥控系统构成闭环电联试系统。星载计算机模拟器通过CAN总线控制通用接口箱采集敏感器数据和控制执行机构动作，通用接口箱采用与真实部件一致的接口与敏感器模拟器、执行机构模拟器相连，敏感器模拟器与执行机构模拟器采用CAN总线与动力学计算机进行数据交换，遥测遥控分系统通过串行移位接口与通用接口箱相连，采集星载计算机模拟器的遥测数据和对部件模拟器进行遥控操作。根据接口定义(IDS)表，星载计算机接．口分别与敏感器、执行机构、检测和遥测遥控接口对应，其中敏感器由速率陀螺、二浮陀螺、太阳敏感器、地球敏感器组成，执行机构由

7、推力器、磁力矩器、反作用轮组成。整个系统组成信号达两百多条，如果按一对一进行电模拟器设计，将带来极高的设计成本。设计通用型电模拟器可有效解决接口众多，信号差异大的缺点，并且可有效降低设计成本，增加系统可靠性。经过分析统计，该型卫星信号种类可分为如下几大类：O／12V数字量输入输出、0／5V数字量输入输出、0／12V开关量输出、o／7v脉冲量输入输出、O／12V脉冲量输入输出、一10～+10V模拟量输入输出、o～+5V模拟量输入输出、RS422接口、SPI接口、AD／DA接口、串行移位接口等。根据信号类型统计，通用型电模拟器信号类型覆盖全面，不仅能通过相同的

8、硬件配置成不同的敏感器模拟器和执行机构模拟器，而且对星载计算机接口