空间交会对接任务仿真系统架构设计与实现

《空间交会对接任务仿真系统架构设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、V01．19No．346载人航天MannedSpacenight第19卷第3期2013年5月空间交会对接任务仿真系统架构设计与实现王华·，尤岳1，林西强2，李海阳1(1国防科技大学航天科学与工程学院，长沙410073；2中国载人航天工程办公室，北京100076)摘要设计并实现一种多层次的仿真架构，以满足载人航天交会对接任务仿真系统构建需求。仿真架构由基于共享内存的多CPU多核仿真交互层、基于HLA的多计算机分布式仿真交互层和基于Socket的异构多系统仿真交互层组成，集成航天员、载人飞船、运载火箭、测控通信、空间实验室等系统的任务软件，实现对交会对接任务剖面的仿真计算。关键词交会对接；软

2、件架构；仿真；共享内存；HLA中图分类号：v526V57TP319文献标识码：A文章编号：1674—5825(2013)03一0046一061引言相比其它航天任务，载人航天交会对接任务(下称交会对接任务)具有参与系统多、流程复杂、飞行控制难度大、实时f生要求强等特点。交会对接任务设计和实施过程中，仿真是一个不可缺少的手段并贯穿整个任务的始终。采用仿真技术不需要复杂的地面试验设备，比传统地面试验可以省钱、省力、省时。同时，通过仿真也可以对飞行故障对策等地面试验无法验证的环节进行检验，达到飞行试验前充分验证的目的。因此，仿真具有经济陛好、预测性强等优点。美国、俄罗斯／苏联、欧洲和日本在交会对

3、接仿真方面都投入了大量的人力和物力，建立了多个交会对接仿真系统【1～，这些仿真系统在地面试验验证中起到了非常重要的作用。我国在交会对接仿真方面，建成了交会对接飞行任务仿真与规划系统用于飞行仿真和方案规划；交会对接九自由度半实物仿真系统用于近距离段交会对接测量、控制技术仿真与验证；交会对接对接综合试验台等用于对接机构动力学地面仿真∞。这些系统不仅有力地支撑了我国载人航天交会对接技术的研发，实际上也是我国载人航天交会对接技术的重要组成部分。从工程大总体角度出发，为了验证总体方案的正确性，需要构建包含交会对接任务各系统在内的全系统联合仿真系统，对交会对接全任务过程进行仿真。构建交会对接任务全系

4、统联合仿真系统需要集成各系统任务软件，形成一个完整的闭环系统。这些任务软件运行步长从毫秒到秒级，驱动方式从实时驱动到任务流程驱动，运行平台从微机到服务器，这些对仿真系统架构提出了新的挑战。本文介绍交会对接任务全系统联合仿真的架构设计与具体实现。2系统仿真需求2．1任务需求交会对接任务实施对各工程系统提出了更高要求，如运载火箭发射精度更高，载人飞船新安装相对测量设备和对接机构，测控通信系统具备更短时间和更高精度测控能力等。交会对接任务全系统联合仿真从整个大工程系统出发，需要对以下方面进行分析验证：收稿日期：2012—12—12；修回日期：2013—04—22基金项目：973计划(2013C

5、B733100)，国家自然科学基金(11222215，11272346)作者简介：王华(1977一)，男，博士，副研究员，主要从事飞行器总体设计与系统仿真研究工作。E—mail：wanghmail@gInail．com第3期王华等：交会对接任务仿真系统架构设计与实现47(1)全任务剖面验证验证交会对接全任务剖面各系统间、各飞行阶段间接口的正确性与合理性。(2)任务用软件验证验证交会对接飞行试验时所使用的任务软件的正确性，这些软件包括发射窗口计算软件、地面定轨控制与注入软件、星上航天器GNC软件等。(3)飞控策略验证验证飞行控制策略的正确性和有效性，验证与轨道有关的偏差因素对飞行控制性能的

6、影响，验证与轨道有关的故障模式与对策，验证和优化飞控模式。(4)飞行过程直观演示直观演示交会对接任务飞行过程，在飞行任务前提供直观的三维场景、二维星下点等可视化图像。2．2参与仿真的任务软件为了达到充分验证的目的，构建交会对接任务仿真系统的设计思想是尽可能集成现有任务类软件，并充分考虑交会对接过程中人的因素。这样既可以验证任务软件和检验人员操作，又可以降低建设成本。仿真中可能嵌入的任务类软件包括：(1)飞行任务剖面规划软件，包括发射窗口计算软件，追踪航天器人轨点确定软件。(2)上升段计算软件，包括火箭上升段标称弹道计算软件，运载火箭上升段控制弹道计算软件。(3)地面飞控软件，包括轨道确定

7、、预报以及变轨策略规划(含轨道维持、降轨调相、远距离导引及返回控制等)软件等。(4)飞行软件，包括追踪航天器GNc软件和目标航天器GNC软件。仿真中可能接入回路的人员包括：(1)执行手动交会对接操作的航天员。(2)执行地面飞控任务操作的飞控人员。需要研制的配套仿真软件包括：(1)动力学类仿真软件，包括飞船动力学、目标航天器动力学、对接与组合体动力学软件。(2)测控通信类仿真软件，包括uSB外测、GPS遥测、中继卫星测量数据模拟生成软