В связи с постоянным сокращением циклов разработки спутников и растущими требованиями к высокоточному управлению ориентацией и надежности, традиционные методы автономного моделирования уже недостаточны для удовлетворения современных требований к разработке спутников для проверки в реальном времени. Решение для моделирования управления ориентацией спутников в реальном времени использует технологию аппаратно-программного моделирования (HIL) для воспроизведения динамики орбитального спутника и систем управления ориентацией в лабораторных условиях, обеспечивая надежную поддержку для оптимизации и оценки производительности системы.

Система состоит из двух основных подсистем: системы моделирования бортового компьютера и внешней среды полунатурного моделирования (HIL). Бортовая система моделирования моделирует программное обеспечение AOCC с помощью Simulink для выполнения расчётов ориентации и управления орбитой. Внешняя среда полунатурного моделирования воспроизводит все внешние функции, помимо бортового компьютера, включая сигналы датчиков, реакции исполнительных механизмов, орбитальную динамику спутника, обнаружение неисправностей и граничные условия. Замкнутое взаимодействие между этими подсистемами обеспечивает полное воспроизведение движения спутника на орбите и логики управления, позволяя проводить проверку программного обеспечения и аппаратных интерфейсов бортового компьютера в режиме реального времени.

С точки зрения эксплуатационных требований платформа обеспечивает быстрое прототипирование бортовых компьютерных симуляций и предоставляет среду для проверки алгоритмов управления ориентацией и производительности интерфейса в режиме реального времени. Система также поддерживает проверку диагностики неисправностей с помощью настраиваемых внешних библиотек интерфейсов и модулей обнаружения неисправностей в режиме реального времени, что позволяет пользователям тестировать и оптимизировать реакцию системы в нештатных условиях.

Ключевым преимуществом этого решения является архитектура полунатурного моделирования (HIL) на базе HRT в сочетании с операционной системой реального времени VxWorks и высокопроизводительными процессорами PowerPC, что обеспечивает частоту обновления контура управления 10 мс. Пользователи могут проектировать модели в Simulink, а система автоматически генерирует целевой код, сокращая трудозатраты на ручное кодирование. Платформа также предоставляет графический интерфейс мониторинга, онлайн-настройку параметров и хранение данных в реальном времени, обеспечивая контроль и надежность процесса. Кроме того, интеллектуальные платы последовательного интерфейса с драйверами VxWorks обеспечивают бесшовную интеграцию внешней среды полунатурного моделирования (HIL) с бортовым компьютером.

Функционально система может обрабатывать команды дистанционного управления в режиме реального времени, вычислять выходные данные управления ориентацией и орбитой, а также управлять двигателями и исполнительными механизмами. Внешняя среда моделирования отслеживает изменения ориентации и орбиты спутника и передает данные измерений обратно в кинематические и динамические модели для реализации замкнутого контура управления. Платформа поддерживает быстрое прототипирование, полунатурное моделирование (HIL) и тестирование нескольких моделей спутников, обеспечивая эффективный, воспроизводимый и надежный метод верификации при разработке спутников.

На практике это решение предназначено для организаций, занимающихся проектированием и разработкой спутников, обеспечивая поддержку на всех этапах разработки систем управления ориентацией, включая быстрое прототипирование, полунатурную валидацию и тестирование с использованием инъекций неисправностей. Платформа позволяет разработчикам полностью проверить работу систем управления ориентацией и орбитой спутников в наземных условиях, ускоряя разработку и повышая надежность и безопасность системы.

Подводя итог, можно сказать, что решение для моделирования положения спутника в реальном времени представляет собой высокоточную, надежную и расширяемую экспериментальную платформу для разработки и проверки систем управления спутниками, что делает его незаменимым инструментом в современных исследованиях и разработках спутников.