一种基于关联知识的有效载荷半实物仿真系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于关联知识的有效载荷半实物仿真系统，所述系统包括：遥测数据内容仿真模块、遥测数据格式仿真模块、载荷物理接口仿真模块和仿真平台模块；遥测数据内容仿真模块，用于动态生成符合载荷设备当前工作状态的遥测原始数据；遥测数据格式仿真模块，用于对遥测原始数据进行源包格式封装，生成载荷遥测源包数据；载荷物理接口仿真模块，用于通过卫星总线实物板卡向被测设备发送载荷遥测源包数据，接收被测设备发送的数据注入指令、遥控指令和广播时间码信息；仿真平台模块，用于管理遥测数据内容仿真模块、遥测数据格式仿真模块和载荷物理接口仿真模块，完成模块间的数据交换与匹配协作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于关联知识的有效载荷半实物仿真系统
本专利技术涉及有效载荷分系统地面综合测试、载荷管理器单机测试、卫星系统地面综合测试等
，尤其涉及一种基于关联知识的有效载荷半实物仿真系统。
技术介绍
将多台有效载荷设备与载荷管理器集成，完成有效载荷分系统的地面综合测试，进而将有效载荷分系统与卫星综合电子等其他分系统集成，完成卫星系统的地面综合测试，是验证卫星及有效载荷总体及接口设计的主要技术途径。基于数字孪生思想对有效载荷进行建模，以仿真设备替代物理设备，在单台、多台、甚至全部载荷缺失情况下，实现卫星系统、有效载荷分系统的虚拟集成、虚拟测试、故障仿真推演，是及时验证卫星及有效载荷总体设计、接口设计、提升航天器系统可靠性的有效方法。传统的载荷半实物仿真系统，有效解决了载荷设备物理接口等效仿真的问题，但对载荷数据接口的仿真仍然停留在数据格式、数据协议的仿真层面，仿真的数据内容与有效载荷的遥测参数设计、遥控指令设计、健康管理策略设计、以及设备间匹配协作的工作模式设计等均无关联，无法从数据的角度反映有效载荷设备的工作机理及动态工作过程。基于地面综合测试系统对有效载荷设计知识测试覆盖的要求，将载荷数据接口的仿真，从现有的数据格式、数据协议层面，拓展至数据内容层面，已然成为一种趋势。有效载荷数据的关联知识是指：载荷设备的一个遥测参数在不同时段的取值、或者两个及两个以上遥测参数的取值之间，以及注入指令与遥测参数取值之间、健康管理策略与遥测参数的取值之间、设备故障与遥测参数的取值之间存在的某种关联。这种关联往往真实反映了卫星及有效载荷设备的遥测参数设计、遥控指令设计、健康管理策略设计、以及设备间匹配协作的工作模式设计等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服传统有效载荷半实物仿真系统中，仿真遥测数据无法动态反映有效载荷设备工作机理及工作过程的问题，提出了一种基于关联知识的有效载荷半实物仿真系统，该系统基于关联知识对有效载荷的遥测数据内容进行仿真，实现仿真数据与星载设备遥测参数设计、遥控指令设计、健康管理策略设计、以及设备间匹配协作的工作模式设计等知识的有效关联。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种基于关联知识的有效载荷半实物仿真系统，其特征在于，所述系统包括：遥测数据内容仿真模块、遥测数据格式仿真模块、载荷物理接口仿真模块和仿真平台模块；其中，所述遥测数据内容仿真模块，用于根据接收的数据注入指令、遥控指令，以及有效载荷遥测数据关联知识模型和载荷用户测试需求，动态生成符合载荷设备当前工作状态的遥测原始数据；所述遥测数据格式仿真模块，用于基于CCSDS协议标准，对遥测原始数据进行源包格式封装，生成载荷遥测源包数据；所述载荷物理接口仿真模块，用于通过卫星总线实物板卡向被测设备发送载荷遥测源包数据，接收被测设备发送的数据注入指令、遥控指令和广播时间码信息；所述仿真平台模块，用于管理遥测数据内容仿真模块、遥测数据格式仿真模块和载荷物理接口仿真模块，完成模块间的数据交换与匹配协作。作为上述系统的一种改进，所述遥测数据内容仿真模块包括：单遥测变量关联知识仿真子模块、多遥测变量关联知识仿真子模块、注入指令与遥测变量关联知识仿真子模块、健康管理策略与遥测变量关联知识仿真子模块以及载荷故障与遥测变量关联知识仿真子模块；其中，所述单遥测变量关联知识仿真子模块，用于根据单一遥测变量不同时刻取值之间的关联知识模型，生成反映单遥测变量关联特征的遥测原始数据；所述多遥测变量关联知识仿真子模块，用于根据多个遥测变量在同一时刻或不同时刻取值之间的关联知识模型，生成反映多遥测变量关联特征的遥测原始数据；所述注入指令与遥测变量关联知识仿真子模块，用于对注入指令激励下会发生相应变化的遥测变量进行仿真，生成反映载荷指令执行状态的遥测原始数据；所述健康管理策略与遥测变量关联知识仿真子模块，用于依据健康管理策略与遥测变量之间的关联知识模型，生成触发载荷健康管理策略的遥测原始数据；所述载荷故障与遥测变量关联知识仿真子模块，用于依据故障与遥测变量之间关联知识模型，生成触发载荷故障的遥测原始数据。作为上述系统的一种改进，所述单遥测变量关联知识仿真子模块的具体实现过程为：当待仿真的遥测变量Y在不同仿真时刻t的取值，均属于枚举值集合VEnu＝{v1,…,vn}时，采用枚举关联模型生成遥测原始数据y(t)：y(t)＝α1v1+α2v2+…+αnvn其中，αi表示系数，且αi∈{0,1}；当待仿真的遥测变量Y在不同仿真时刻t的取值，均属于阈值区间VThr＝[vmin,vmax]时，采用阈值关联模型生成遥测原始数据y(t)：y(t)＝vmin+ε(vmax-vmin)其中，ε为0到1之间的随机数，vmin,vmax分别为阈值区间的最小值和最大值；当待仿真的遥测变量Y在相邻两个仿真时刻ti-1、ti的取值的增量均属于枚举集合VEnu＝{v1，…，vn}时，由Y在ti-1仿真时刻的取值y(ti-1)，采用增量枚举关联模型生成遥测原始数据y(t)：y(t)＝{y(t0),…,y(t-1),y(ti)}y(ti)-y(ti-1)＝α1v1+α2v2+…+αnvn其中，y(t0)为仿真初值，αi为系数，且αi∈{0,1}；当待仿真的遥测变量Y在不同仿真时刻t的取值，呈现周期l的关联特征时，采用周期关联模型生成遥测原始数据y(t)：y(t)＝{y(t0)，…，y(tl)}y(ti+nl)＝y(ti)其中，整数i∈[0，l]，l为遥测变量取值的周期，n为整数；当待仿真的遥测变量Y在不同仿真时刻t的取值，具有线性递增、递减或不变的关联特征时，采用趋势关联模型生成遥测原始数据y(t)：y(t)＝kt+y(t0)其中k为线性递增或递减的斜率，y(t0)为仿真初值。作为上述系统的一种改进，所述多遥测变量关联知识仿真子模块的具体实现过程为：当待仿真的n个遥测变量Y1,…,Yn具有线性关联特征时，由前n-1个遥测变量Y1,…,Yn-1在仿真时刻t的取值y1(t),…,yn-1(t)，通过函数关联模型生成Yn在仿真时刻t下的遥测原始数据yn(t)：其中，k1,…,kn为n个不全为0的数；当待仿真的遥测变量Y2与另一个遥测变量Y1具有单调关联特征时，由Y1在仿真时刻ti、tj下的取值t1(ti)、t1(tj)，采用单调关联模型生成Y2在仿真时刻ti、tj下的遥测原始数据值y2(ti)和y2(tj)：或其中，大于0表示Y1和Y2为单调正关联，小于0表示Y1和Y2为单调负关联；当待仿真的遥测变量Yn与n-1个遥测变量Y1,…,Yn-1具有函数关联特征时，由Y1,…,Yn-1的取值y1(t),…,yn-1(t)，通过函数关联模型生成Yn在仿真时刻t下的遥测原始数据yn(t)：yn(t)＝f(y1(t)，…,yn-1(t)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于关联知识的有效载荷半实物仿真系统，其特征在于，所述系统包括：遥测数据内容仿真模块、遥测数据格式仿真模块、载荷物理接口仿真模块和仿真平台模块；其中，/n所述遥测数据内容仿真模块，用于根据接收的数据注入指令、遥控指令，以及有效载荷遥测数据关联知识模型和载荷用户测试需求，动态生成符合载荷设备当前工作状态的遥测原始数据；/n所述遥测数据格式仿真模块，用于基于CCSDS协议标准，对遥测原始数据进行源包格式封装，生成载荷遥测源包数据；/n所述载荷物理接口仿真模块，用于通过卫星总线实物板卡向被测设备发送载荷遥测源包数据，接收被测设备发送的数据注入指令、遥控指令和广播时间码信息；/n所述仿真平台模块，用于管理遥测数据内容仿真模块、遥测数据格式仿真模块和载荷物理接口仿真模块，完成模块间的数据交换与匹配协作。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于关联知识的有效载荷半实物仿真系统，其特征在于，所述系统包括：遥测数据内容仿真模块、遥测数据格式仿真模块、载荷物理接口仿真模块和仿真平台模块；其中，
所述遥测数据内容仿真模块，用于根据接收的数据注入指令、遥控指令，以及有效载荷遥测数据关联知识模型和载荷用户测试需求，动态生成符合载荷设备当前工作状态的遥测原始数据；
所述遥测数据格式仿真模块，用于基于CCSDS协议标准，对遥测原始数据进行源包格式封装，生成载荷遥测源包数据；
所述载荷物理接口仿真模块，用于通过卫星总线实物板卡向被测设备发送载荷遥测源包数据，接收被测设备发送的数据注入指令、遥控指令和广播时间码信息；
所述仿真平台模块，用于管理遥测数据内容仿真模块、遥测数据格式仿真模块和载荷物理接口仿真模块，完成模块间的数据交换与匹配协作。


2.根据权利要求1所述的基于关联知识的有效载荷半实物仿真系统，其特征在于，所述遥测数据内容仿真模块包括：单遥测变量关联知识仿真子模块、多遥测变量关联知识仿真子模块、注入指令与遥测变量关联知识仿真子模块、健康管理策略与遥测变量关联知识仿真子模块以及载荷故障与遥测变量关联知识仿真子模块；其中，
所述单遥测变量关联知识仿真子模块，用于根据单一遥测变量不同时刻取值之间的关联知识模型，生成反映单遥测变量关联特征的遥测原始数据；
所述多遥测变量关联知识仿真子模块，用于根据多个遥测变量在同一时刻或不同时刻取值之间的关联知识模型，生成反映多遥测变量关联特征的遥测原始数据；
所述注入指令与遥测变量关联知识仿真子模块，用于对注入指令激励下会发生相应变化的遥测变量进行仿真，生成反映载荷指令执行状态的遥测原始数据；
所述健康管理策略与遥测变量关联知识仿真子模块，用于依据健康管理策略与遥测变量之间的关联知识模型，生成触发载荷健康管理策略的遥测原始数据；
所述载荷故障与遥测变量关联知识仿真子模块，用于依据故障与遥测变量之间关联知识模型，生成触发载荷故障的遥测原始数据。


3.根据权利要求2所述的基于关联知识的有效载荷半实物仿真系统，其特征在于，所述单遥测变量关联知识仿真子模块的具体实现过程为：
当待仿真的遥测变量Y在不同仿真时刻t的取值，均属于枚举值集合VEnu＝{v1，…，vn}时，采用枚举关联模型生成遥测原始数据y(t)：
y(t)＝α1v1+α2v2+…+αnvn
其中，αi表示系数，且αi∈{0，1}；
当待仿真的遥测变量Y在不同仿真时刻t的取值，均属于阈值区间VThr＝[vmin，vmax]时，采用阈值关联模型生成遥测原始数据y(t)：
y(t)＝vmin+ε(vmax-vmin)
其中，ε为0到1之间的随机数，vmin,vmax分别为阈值区间的最小值和最大值；
当待仿真的遥测变量Y在相邻两个仿真时刻ti-1、ti的取值的增量均属于枚举集合VEnu＝{v1,…,vn}时，由Y在ti-1仿真时刻的取值y(ti-1)，采用增量枚举关联模型生成遥测原始数据y(t)：
y(t)＝{y(t0),…,y(ti-1)，y(ti)}
y(ti)-y(ti-1)＝α1v1+α2v2+…+αnvn
其中，y(t0)为仿真初值，αi为系数，且αi∈{0,1}；
当待仿真的遥测变量Y在不同仿真时刻t的取值，呈现周期l的关联特征时，采用周期关联模型生成遥测原始数据y(t)：
y(t)＝{y(t0),…,y(tl)}
y(ti+nl)＝y(ti)
其中，整数i∈[0,l]，l为遥测变量取值的周期，n为整数；
当待仿真的遥测变量Y在不同仿真时刻t的取值，具有线性递增、递减或不变的关联特征时，采用趋势关联模型生成遥测原始数据y(t)：
y(t)＝kt+y(t0)
其中k为线性递增或递减的斜率，y(t0)为仿真初值。


4.根据权利要求2所述的基于关联知识的有效载荷半实物仿真系统，其特征在于，所述多遥测变量关联知识仿真子模块的具体实现过程为：
当待仿真的n个遥测变量Y1，…,Yn具有线性关联特征时，
由前n-1个遥测变量Y1,…,Yn-1在仿真时刻t的取值y1(t),…,yn-1(t)，通过函数关联模型生成Yn...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨甲森，蔡晓玮，智佳，陈志敏，陈托，吕良庆，薛长斌，王炜，张华伟，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11