Mit der kontinuierlichen Verkürzung der Entwicklungszyklen von Satelliten und den steigenden Anforderungen an eine hochpräzise Lageregelung und Zuverlässigkeit reichen herkömmliche Offline-Simulationsmethoden nicht mehr aus, um die Anforderungen der modernen Satellitenentwicklung an die Echtzeitverifikation zu erfüllen. Die Echtzeit-Simulationslösung für die Lageregelung von Satelliten nutzt die Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulationstechnologie, um die Satellitendynamik und Lageregelungssysteme im Orbit in einer Laborumgebung nachzubilden und so eine zuverlässige Unterstützung für die Systemoptimierung und Leistungsbewertung zu bieten.

Das System besteht aus zwei zentralen Teilsystemen: dem bordseitigen Computersimulationssystem und der externen HIL-Simulationsumgebung. Das Bordcomputer-Simulationssystem modelliert die AOCC-Software mithilfe von Simulink, um Berechnungen zur Lage- und Bahnsteuerung durchzuführen. Die externe HIL-Simulationsumgebung bildet alle externen Funktionen nach, die über den Bordcomputer hinausgehen, einschließlich der Sensorsignale, der Reaktionen der Aktoren, der Dynamik der Satellitenumlaufbahn, der Fehlerinjektion und der Randbedingungen. Die geschlossene Interaktion zwischen diesen Teilsystemen ermöglicht eine vollständige Reproduktion der Bewegung und der Steuerungslogik des Satelliten in der Umlaufbahn und erlaubt eine Echtzeitüberprüfung der Software- und Hardwareschnittstellen des Bordcomputers.

Was die betrieblichen Anforderungen betrifft, so ermöglicht die Plattform das schnelle Prototyping von Computersimulationen an Bord und bietet eine Echtzeitumgebung zur Überprüfung von Lageregelungsalgorithmen und Schnittstellenleistung. Das System unterstützt auch die Überprüfung der Fehlerdiagnose durch konfigurierbare externe Schnittstellenbibliotheken und Echtzeit-Fehlerinjektionsmodule, so dass die Benutzer die Systemreaktionen unter anormalen Bedingungen testen und optimieren können.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Lösung ist die HRT-basierte HIL-Architektur in Kombination mit dem Echtzeitbetriebssystem VxWorks und leistungsstarken PowerPC-Prozessoren, die eine Aktualisierungsrate des Regelkreises von 10 ms ermöglichen. Benutzer können Modelle in Simulink entwerfen, während das System automatisch Zielcode generiert, was den manuellen Codierungsaufwand reduziert. Die Plattform bietet außerdem eine grafische Überwachungsschnittstelle, Online-Parameteranpassung und Echtzeit-Datenspeicherung, wodurch Prozesskontrolle und Zuverlässigkeit gewährleistet werden. Darüber hinaus ermöglichen intelligente serielle Schnittstellenkarten mit VxWorks-Treibern eine nahtlose Integration zwischen der externen HIL-Umgebung und dem Onboard-Computer.

Das System kann Fernsteuerungsbefehle in Echtzeit verarbeiten, Lage- und Bahnsteuerungsergebnisse berechnen und Triebwerke und Aktuatoren entsprechend steuern. Die externe Simulationsumgebung überwacht die Lage- und Bahnänderungen des Satelliten und speist die Messdaten in die kinematischen und dynamischen Modelle ein, um eine geschlossene Regelschleife zu erreichen. Die Plattform unterstützt das schnelle Prototyping, die HIL-Simulation und das Testen mehrerer Satellitenmodelle und bietet eine effiziente, wiederholbare und zuverlässige Verifizierungsmethode für die Satellitenentwicklung.

In der Anwendung dient diese Lösung dem Satellitendesign und den Entwicklungsorganisationen und bietet Unterstützung in allen Phasen der Entwicklung von Lageregelungssystemen, einschließlich Rapid Prototyping, HIL-Validierung und Fehlerinjektionstests. Die Plattform ermöglicht es Entwicklungsteams, die Leistung von Satellitenlage- und Bahnsteuerungssystemen in einer bodengestützten Umgebung vollständig zu verifizieren, was die Entwicklung beschleunigt und die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Systems erhöht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Satellite Attitude Control Real-Time Simulation Solution eine hochpräzise, zuverlässige und erweiterbare experimentelle Plattform für die Entwicklung und Verifizierung von Satellitensteuerungssystemen bietet, was sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der modernen Satellitenforschung und -entwicklung macht.