基于某衛(wèi)星GNC系統(tǒng)的研發(fā)實(shí)踐，完成衛(wèi)星GNC系統(tǒng)的需求建模、系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)、模型數(shù)字仿真、模型半物理仿真，最后使用自動(dòng)代碼生成技術(shù)生成衛(wèi)星GNC系統(tǒng)軟件，加載到星載計(jì)算機(jī)中，完成衛(wèi)星的系統(tǒng)測(cè)試及在軌驗(yàn)證。

    某型號(hào)衛(wèi)星GNC系統(tǒng)以衛(wèi)星控制計(jì)算機(jī)為核心，使用傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行位置和姿態(tài)的導(dǎo)航解算，根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行制導(dǎo)算法設(shè)計(jì)，控制不同執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。完成衛(wèi)星總體下達(dá)的指向、定位、高精度軌控、相對(duì)導(dǎo)航等任務(wù)需求。

    GNC分系統(tǒng)是典型的控制閉環(huán)系統(tǒng)，功能設(shè)計(jì)主要包括控制算法設(shè)計(jì)和系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)?？刂扑惴ㄔO(shè)計(jì)主要是根據(jù)總體需求和任務(wù)約束，設(shè)計(jì)控制方法以及控制參數(shù)尋優(yōu)。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)包括GNC系統(tǒng)單機(jī)選型、冗余容錯(cuò)、系統(tǒng)內(nèi)外通信和時(shí)序的設(shè)計(jì)。

一、基于模型的GNC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

首先建立了衛(wèi)星GNC系統(tǒng)的需求模型，完成了利益相關(guān)者需求分析。

2、模型設(shè)計(jì)

模型設(shè)計(jì)使用Simulink工具進(jìn)行建模和驗(yàn)證。以系統(tǒng)中典型的某三軸姿態(tài)精確指向功能為例，建立陀螺數(shù)據(jù)處理、星敏感器濾波、目標(biāo)姿態(tài)計(jì)算、姿態(tài)機(jī)動(dòng)規(guī)劃、姿態(tài)控制量計(jì)算、動(dòng)量輪控制和磁卸載模型。具體子功能模型，使用Simulink Library、Matlab Function和Stateflow完成建模，主要實(shí)現(xiàn)具體算法和邏輯。

對(duì)頂層工作流程、外部變量交互進(jìn)行建模，將各個(gè)子功能模型作為Simulink Function進(jìn)行調(diào)用，如下圖所示。模型設(shè)計(jì)在架構(gòu)建?；A(chǔ)上形成工作流調(diào)用模型，主要負(fù)責(zé)將上述功能模塊按時(shí)序和邏輯調(diào)用。

工作流建模和子功能模型調(diào)用

星敏感器濾波模型

建模后需對(duì)模型進(jìn)行單元測(cè)試，與工作流模型集成后進(jìn)行模型組裝測(cè)試，并使用Simulink測(cè)試管理工具進(jìn)行比對(duì)調(diào)試。

二、基于模型的GNC系統(tǒng)驗(yàn)證

    在基于模型的衛(wèi)星控制系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中，對(duì)系統(tǒng)研發(fā)每個(gè)階段的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)景模型的驗(yàn)證，確認(rèn)系統(tǒng)功能是否滿足GNC系統(tǒng)需求；

1、對(duì)系統(tǒng)功能模型的驗(yàn)證，確認(rèn)系統(tǒng)架構(gòu)、接口、狀態(tài)邏輯是否滿足系統(tǒng)級(jí)需求；

2、建立“衛(wèi)星GNC系統(tǒng)數(shù)字孿生設(shè)計(jì)平臺(tái)”，模型驅(qū)動(dòng)閉環(huán)衛(wèi)星試驗(yàn)環(huán)境，確認(rèn)衛(wèi)星GNC系統(tǒng)等的功能/性能/接口；

3、經(jīng)過(guò)全數(shù)字仿真驗(yàn)證后的模型，使用自動(dòng)代碼生成技術(shù)，加載到衛(wèi)星控制計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行半實(shí)物閉環(huán)測(cè)試，完成硬件在環(huán)測(cè)試；

GNC模型的測(cè)試驗(yàn)證采用ATSPACE衛(wèi)星GNC系統(tǒng)數(shù)字孿生設(shè)計(jì)與驗(yàn)證平臺(tái)構(gòu)建模型測(cè)試驗(yàn)證環(huán)境，分別實(shí)現(xiàn)模型規(guī)范檢查、模型在環(huán)測(cè)試、運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤檢查、軟件在環(huán)測(cè)試以及硬件在環(huán)測(cè)試相關(guān)測(cè)試驗(yàn)證內(nèi)容。

三、驗(yàn)證結(jié)果

1、模型與原設(shè)計(jì)的一致性驗(yàn)證

1）  建立模型測(cè)試環(huán)境，進(jìn)行了模型閉環(huán)仿真測(cè)試，與算法方案仿真曲線一致

2）  建立原有C代碼的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)行了姿態(tài)確定，姿態(tài)機(jī)動(dòng)過(guò)程中，模型和C代碼運(yùn)行結(jié)果一致

3）  進(jìn)行模型的人工走查，確認(rèn)模型和用戶需求一致

2、代碼與原設(shè)計(jì)的一致性驗(yàn)證

1）  自動(dòng)生成代碼通過(guò)了人工走查，確認(rèn)代碼和用戶需求一致

2）  在軟平臺(tái)和星地聯(lián)試設(shè)備上分別進(jìn)行了配置項(xiàng)測(cè)試工作。語(yǔ)句和分支覆蓋率經(jīng)人工確認(rèn)后達(dá)到100%；功能覆蓋率達(dá)到100%

3）  使用代碼靜態(tài)分析工具SpecCheck 對(duì)自動(dòng)生成代碼進(jìn)行靜態(tài)分析，確認(rèn)自動(dòng)生成代碼符合航天C代碼編程規(guī)范

3、代碼與原設(shè)計(jì)的一致性驗(yàn)證

在軌實(shí)施結(jié)果證明模型設(shè)計(jì)正確、自動(dòng)生成的代碼正確、滿足控制系統(tǒng)功能性能指標(biāo)要求。