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快速响应空间小卫星测试理论与方法研究

吴限德  
【摘要】: 测试工作贯穿小卫星研制始终,是其研制重要组成部分,测试时间直接决定了小卫星的研制周期。对传统测试流程、方法和技术进行改进,研究一套快速测试方法能够缩短小卫星研制周期、降低研制成本,达到快速集成、测试和发射的目的。本文结合国家高技术研究发展计划(863)项目,对小卫星快速测试技术进行深入研究,重点解决快速测试中系统建模问题、基于系统模型的测试序列生成问题、测试数据处理问题和测试数据在线判读问题,具体工作如下: 针对小卫星系统建模问题,提出了基于T-离散时延Petri网(T- Timed Discrete Petri Nets,TTDPN)的小卫星建模方法。对小卫星研制过程中引入的新技术和重要模块进行TTDPN建模与分析,包括小卫星综合电气系统总线模型、缓冲区模型和姿轨控分系统模型,并对这些模型进行仿真分析。 针对小卫星快速测试中测试序列生成问题,提出了基于TTDPN模型的测试序列生成方法。首先,提出了T-离散时延Petri网的关系矩阵表示方法,即库所变迁阵和变迁库所阵,并证明了Petri网一些特殊结构与关系矩阵间的映射关系。在此基础上设计实现了基于TTDPN的测试序列生成算法,最后结合具体实例对算法进行了仿真验证,进一步表明本文序列生成方法的有效性。 针对测试数据处理问题,首先设计了小卫星快速测试系统实时数据库框架,解决数据量大、类型复杂、实时性强的测试数据存储问题。然后,建立了数据变化趋势相关的实时数据库事务调度模型(Data Related Transaction Scheduling Model,DRTSM),并在此基础上设计异常数据优先的实时数据库事务调度算法(Abnormal Data First,ADF),解决了异常数据的优先存储问题。最后,对提出的模型和算法进行了仿真验证,分析了仿真结果。 针对测试数据在线判读问题,提出了基于时间序列预测的测试数据在线判读算法。首先建立了快速测试系统与数据判读模型,研究数据预处理与时间序列建模方法,在此基础上设计基于时间序列预测的数据在线判读算法,最后给出算法结果。 最后,针对某型号卫星的实际工程需求,结合本文提出的快速测试方法,建立了小卫星快速测试原型系统。设计了系统总体框架,包括系统功能要求、系统功能结构、系统总体框架和系统硬件方案,设计了快速测试系统数据流程、动力学仿真和测试调度机软件流程,最后通过应用实例进一步验证了本文提出的测试序列生成方法、测试数据处理方法和数据在线判读方法的正确性和有效性。


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