一种双星GPS闭环控制测试方法

摘要

一种双星GPS闭环控制测试方法，本发明基于轨道仿真计算机、GPS同步计算机和GPS动态仿真器实现。利用GPS动态仿真器的远程控制模式提出一种全新的GPS闭环控制方法。该方法弥补了静态方法和动态方法在目前测试中的不足，实现了多星在全实时状态下的闭环控制，打破了现行的采用固定轨道场景对闭环控制的验证方式，对多星相对定位系统进行了验证。

权利要求

1.一种双星GPS闭环控制测试方法，基于轨道仿真计算机、GPS同步计算机和GPS动态仿真器实现，轨道仿真计算机、GPS同步计算机和GPS动态仿真器连接在同一个网络中，其特征在于步骤如下：(1)通过星上GNC执行机构的信息，轨道仿真计算机模拟出双星实时点位的轨道信息数据，并按照TCP/IP传输协议，将所述双星实时点位的轨道信息数据发送到GPS同步计算机上；

(2)GPS同步计算机通过时钟卡的同步将所述双星实时点位的轨道信息数据接收，并按照GPS动态仿真器的格式和TCP/IP网络传输协议，将所述双星实时点位的轨道信息数据发送给GPS动态仿真器；所述GPS动态仿真器包括控制计算机和信号源；

(3)在GPS动态仿真器的控制计算机中选择远程控制的场景，建立飞行器模型，并将初始化数据发送给GPS动态仿真器信号源；

(4)加载GPS动态仿真器信号源，并初始化场景，等待GPS动态仿真器控制计算机进入Trigger Wait模式；

(5)通过一个上升沿的触发信号触发所述远程控制的场景，等待下一个1pps上升沿开始场景的仿真；

(6)GPS动态仿真器通过远程控制场景和实时接收到的点位数据模拟出卫星在轨飞行的实时状态数据，最终通过两个RF射频端口分别发送双星在轨飞行的实时状态数据给双星上的GPS接收机；

(7)双星的GPS接收机根据接收到的信息解算出双星的相对位置及速度后反馈给星上GNC执行机构，从而实现闭环控制。

2.根据权利要求1所述的一种双星GPS闭环控制测试方法，其特征在于：所述步骤(5)中触发信号的上升沿信号至少持续100ms。

说明书

一种双星GPS闭环控制测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种双星GPS闭环控制测试方法，尤其适用于高动态、高精度的卫星相对定位的系统性验证。

背景技术

[0002] 在目前的卫星测试中，主要有静态测试和动态测试两种测试方法来验证GPS的定位功能，这两种方法对于卫星的闭环控制都还存在着一定的不足。静态测试就是将GPS接收机直接接入到室外天线，利用公开的卫星导航系统对GPS接收机进行定位测试，该方法相对稳定，数据可靠性较高，但无法验证卫星在高速运动中GPS接收机的工作情况。为了解决这一问题，引入了GPS接收机的动态测试。动态测试就是将卫星的轨道数据利用GPS动态仿真器进行设置并输出1路或多路射频信号，通过仿真器对轨道的高精度仿真对卫星进行闭环控制，这种方法定位精度高，动态性强，但轨道数据相对固定，无法实现对于双星的实时闭环控制，对于相对定位系统级的验证还存在着一定的不足。以静态和动态方法为基础。

发明内容

[0003] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种GPS实时定位方法，解决了当前测试技术中双星只能通过固定的点位数据进行验证的技术问题。

[0004] 本发明的技术解决方案是：

[0005] 一种双星GPS闭环控制测试方法，基于轨道仿真计算机、GPS同步计算机和GPS动态仿真器实现，轨道仿真计算机、GPS同步计算机和GPS动态仿真器连接在同一个网络中，步骤如下：

[0006] （1）通过星上GNC执行机构信息，轨道仿真计算机模拟出双星实时点位的轨道信息数据，并按照TCP/IP传输协议，将所述双星实时点位的轨道信息数据发送到GPS同步计算机上；

[0007] （2）GPS同步计算机通过时钟卡的同步将所述双星实时点位的轨道信息数据接收，并按照GPS动态仿真器的格式和TCP/IP网络传输协议，将所述双星实时点位的轨道信息数据发送给GPS动态仿真器；所述GPS动态仿真器包括控制计算机和信号源；

[0008] （3）在GPS动态仿真器的控制计算机中选择远程控制的场景，建立飞行器模型，并将初始化数据发送给GPS动态仿真器信号源；

[0009] （4）加载GPS动态仿真器信号源，并初始化场景，等待GPS动态仿真器控制计算机进入Trigger Wait模式；

[0010] （5）通过一个上升沿的触发信号触发所述远程控制的场景，等待下一个1pps上升沿开始场景的仿真；

[0011] （6）GPS动态仿真器通过远程控制场景和实时接收到的点位数据模拟出卫星在轨飞行的实时状态数据，最终通过两个RF射频端口分别发送双星在轨飞行的实时状态数据给双星上的GPS接收机；

[0012] （7）双星的GPS接收机根据接收到的信息解算出双星的相对位置及速度后反馈给星上GNC执行机构，从而实现闭环控制。

[0013] 所述步骤（5）中触发信号的上升沿信号至少持续100ms。

[0014] 本发明与现有技术相比的有益效果是：

[0015] （1）在验证相对定位条件下，本发明具有更高的精度、更好的灵活性以及更高的稳定性；

[0016] （2）由于采用的是完全实时的方法，并且在统一时钟的基础上，有效的避免了固定轨道测试方法中对于相对定位测试的局限性；

[0017] （3）传统的定点固定轨道测试方法只能将预先设置好的轨道参数做成相应的轨道文件，无法满足甚至无法进行对双星交会对接进行系统性的验证。该系统通过卫星的GNC中心控制单元将实时的点位数据发送给地面轨道仿真计算机计算出完全实时的卫星轨道数据进行系统性验证；

[0018] （4）对于双星、多星组网相对定位测试提供了更加灵活、更加有效、更加真实的测试方法。

附图说明

[0019] 图1是本发明在双星相对定位测试中实际应用流程图；

[0020] 图2是本发明在GPS动态仿真器中1PPS仿真时序图；

[0021] 图3是本发明的实际连接关系图；

[0022] 图4为本发明方法流程图。

具体实施方式

[0023] 本发明利用GPS动态仿真器的远程控制模式提出一种全新的GPS闭环控制方法。该方法弥补了静态方法和动态方法在目前测试中的不足，实现了多星在全实时状态下的闭环控制，打破了现行的采用固定轨道场景对闭环控制的验证方式，对多星相对定位系统进行了验证。GPS实时相对定位数据闭环系统能够接收GNC分系统实时输出的轨道数据，按照固定的数据格式实时转发给GPS仿真器生成GPS的射频信号，为RGPS接收机提供仿真场景支持，从而实现GPS测量信息与GNC分系统轨道参数的实时自闭环控制。

[0024] 轨道仿真计算机包含A星及B星卫星仿真轨道模型，采集星上GNC执行机构信息，生成敏感器信号，并向GNCC中心控制单元发送敏感器信息以及轨道信息等，并向GPS同步计算机发送A星及B星卫星轨道点位信息（包含位置、速度、姿态及时间等）；GPS同步计算机将接收到的点位信息转换为GPS动态仿真器所需的数据格式送给GPS动态仿真器，GPS动态仿真器根据收到的轨道点位信息，生成相应的GPS导航卫星信号发射给A星RGPS接收机以及B星GPS接收机。B星GPS接收机根据接收到的GPS导航卫星信号，解算出B星卫星位置速度，并把原始测量数据通过星间通信机发送给A星；A星卫星星间通信机把解调出的B星卫星原始测量数据通过CAN总线转发给RGPS接收机，RGPS接收机根据接收到的GPS导航卫星信号，解算出A星卫星原始测量数据，并与收到的B星卫星原始测量数据进行差分计算，从而计算出相对位置及速度，RGPS接收机把包含两颗卫星位置速度、相对位置速度以及时间等信息的定位帧通过CAN总线送给GNCC中心控制单元。

[0025] GNCC中心控制单元根据轨道仿真计算机提供的敏感器信息等以及RGPS接收机提供的位置速度以及相对位置速度等信息进行制导导航与控制，从而实现闭环控制。验证RGPS接收机在数据精度不足和数据不连续的情况下对GNC分系统的影响。其系统组成如图1所示。

[0026] 本发明的硬件部分主要包括轨道仿真计算机、数据同步计算机和GPS动态仿真器，如图1所示，本发明中可以采用GPS8000系列动态仿真器。

[0027] 轨道仿真计算机将双星轨道信息和星上GNC执行机构信息发送给GNCC中心控制单元，并将双星的轨道点位数据发送给GPS同步计算机。

[0028] GPS同步计算机（内置同步时钟卡）将轨道仿真计算机发送过来的数据，转换成GPS动态仿真器可以识别的数据信息（包含位置、速度、姿态及时间等），利用计算机的TCP/IP协议，保证数据的连续和可靠性，如图3所示。

[0029] 如图4所示，本发明方法的实现步骤如下：

[0030] （1）通过星上GNC执行机构信息，轨道仿真计算机模拟出双星实时点位的轨道信息数据（包含位置、速度、姿态及时间等），并按照TCP/IP传输协议，将所述双星实时点位的轨道信息数据发送到GPS同步计算机上；

[0031] （2）GPS同步计算机通过时钟卡的同步将所述双星实时点位的轨道信息数据接收，并按照GPS动态仿真器的格式和TCP/IP网络传输协议，将所述双星实时点位的轨道信息数据发送给GPS动态仿真器；所述GPS动态仿真器包括控制计算机和信号源；

[0032] （3）在GPS动态仿真器的控制计算机中选择远程控制的场景，建立飞行器模型，并将初始化数据发送给GPS动态仿真器信号源；

[0033] （4）加载GPS动态仿真器信号源，并初始化场景，等待GPS动态仿真器控制计算机进入Trigger Wait模式；

[0034] （5）通过一个上升沿的触发信号触发所述远程控制的场景，等待下一个1pps上升沿开始场景的仿真，1PPS仿真时序图如图2所示；触发信号的上升沿信号至少持续100ms；

[0035] （6）GPS动态仿真器通过远程控制场景和实时接收到的点位数据模拟出卫星在轨飞行的实时状态数据，最终通过两个RF射频端口分别发送双星在轨飞行的实时状态数据给双星上的GPS接收机；

[0036] （7）双星的GPS接收机根据接收到的信息解算出双星的相对位置及速度后反馈给星上GNC执行机构，从而实现闭环控制。