成功案例
加速工程及科技創新，讓智能裝備的設計研發更簡單高效
Links-Xil助力衛星設計驗證——邁向巨型星座時代
衛星作為航天應用的主要載體，按照用途主要可以分為通信、導航、遙感、科學與技術試驗四類，正不斷改變著人類的生活，影響著人類的文明。近年來，衛星產業發展迅猛，隨著多波束天線技術、頻率復用技術、高級調制方案、軟件定義無線電、軟件定義載荷、軟件定義網絡、以及一箭多星、火箭回收等技術的發展與成熟，衛星小型化、星座巨型化成為發展趨勢。
衛星小型化：隨著電子信息、材料、控制技術的進步，衛星得以設計得更小巧輕便，但依然保持較高的性能和功能。小型衛星的發射成本較低，可以形成星座集群，實現全球覆蓋和高頻率觀測，從而提供更加靈活和多樣化的服務。
圖1 衛星按重量分類
圖2 大小衛星研制模式差異
星座巨型化：星座巨型化是通過大規模的衛星組成星座，實現全球范圍的通信、互聯網和數據服務。星座巨型化能夠提供高通信容量、全球覆蓋和備份冗余，滿足更多用戶的需求。
圖3 海外小衛星星座建設計劃
衛星小型化和星座巨型化為衛星服務商帶來了商業模式上的創新。通過大規模星座部署，衛星服務商可以實現經濟規模效應，降低運營成本，提供更具競爭力的價格和服務。
Links-XIL助力衛星制造進入“工業化”大規模生產時代
在衛星小型化、星座巨型化背景之下，組網衛星數量大幅增加對衛星的設計理念、生產方式等都帶來了挑戰，衛星逐漸從傳統的“定制化”研制模式，走向“工業化”大規模生產模式。這種情況下并行工程（即：設計、實現、測試和生產準備同時進行）被提上了日程，智能裝備仿真測試一體化平臺Links-XIL為并行工程的實現創造了一個良好的環境。
衛星姿態與軌道控制系統作為衛星的“大腦”，其價值約占衛星總體價值的30%-40%左右，姿軌控系統的精確和可靠性直接關系著衛星的任務執行和運行安全，衛星姿態控制的精準性和穩定性影響著衛星的通信、遙感、導航等功能的有效性，而軌道控制的精準性影響著衛星的位置和覆蓋范圍。
衛星姿態與軌道控制系統設計過程涉及難點眾多，簡要概括如下：
復雜耦合效應：衛星的姿態控制和軌道控制是相互耦合的，姿態控制會影響軌道，軌道控制也會影響姿態。在設計控制系統時需要考慮這種復雜的耦合效應，確保姿態和軌道控制的協調性和穩定性。
多學科交叉：衛星姿態與軌道控制涉及多個學科領域的知識，包括航天學、動力學、控制工程等。在設計過程中需要進行多學科交叉，確?？刂葡到y的綜合性能和一致性。
復雜環境影響：衛星在太空中面臨復雜的環境影響，如輻射、宇宙塵、溫度變化等因素。這些環境因素會對衛星的姿態與軌道控制產生影響。
精確控制要求：衛星姿態與軌道控制的任務要求通常非常精確，如保持衛星在特定軌道上運行、實現精確的定位和定向等?？刂葡到y需要滿足高精度的控制要求，對控制算法和硬件設計提出了挑戰。
故障容忍：衛星在太空中面臨各種故障和異常情況，如傳感器故障、推進器故障等。控制系統需要具備較強的故障容忍能力，能夠在故障情況下保持穩定運行或自動進行故障處理。
能源管理：衛星姿態與軌道控制系統通常由太陽能供電，能源管理對于控制系統的運行非常重要。設計需要考慮如何有效利用太陽能，并確保控制系統在不同能源狀態下的正常運行。
長期穩定性：衛星姿態與軌道控制系統需要保持長期穩定性，確保衛星能夠持續地在太空中穩定運行，這就需要充分的地面仿真試驗作為支撐。
Links-XIL平臺在衛星設計過程中的意義主要體現在可以為衛星姿軌控制系統提供快速原型和硬件在回路驗證解決方案，仿真對象系統包括：衛星星載計算機、執行機構（反作用飛輪、推進系統、太陽能帆板、磁力矩器）、衛星姿態軌道動力學以及敏感器（地敏、太敏、陀螺、星敏）。
快速原型系統結構框圖
硬件在環系統示意圖
典型應用案例一：某商業航天公司姿軌控測試設備
本設備作為衛星動力學仿真機，包含下位機和上位機，其中上位機負責搭建實現衛星Simulink模型，并下載到下位機并進行數據顯示、存儲和轉發；下位機運行衛星動力學仿真模型，產生敏感器數據傳到系統總線并傳輸電激勵信號給敏感器單機，同時采集執行機構單機數據并傳輸給動力學模型進行計算，從而進行衛星系統閉環控制；
模擬衛星地測設備，與真實衛星單機設備進行通信測試，驗證姿軌控動力學模型。
通過便利的仿真、調試條件，便捷地進行數據采集、在線調參等工作，提高產品調試、排故的效率，縮短研制周期，及早識別和規避設計缺陷。
典型應用案例二：清華大學反作用飛輪（執行器）硬件在環
清華大學自研微小衛星等高精密航天探測器，使用Links-XIL平臺主要完成姿軌控算法的快速原型驗證。同時，在一些新型器件的上星前，進行硬件在環實驗。如下圖，平臺接入了長春光機所的3個飛輪，通過模擬衛星全工況狀態，驗證飛輪在實際任務環境下的動態性能。
典型應用案例三：南京理工大學星載計算機硬件在環
客戶以小型多星技術擅長，主要使用本平臺對自研微納衛星的星載計算機進行硬件在環實驗。
典型應用四：西安電子科技大學——快速原型設計驗證
本項目基于Links-XIL平臺搭建衛星姿軌控算法快速原型驗證平臺，主要包括兩臺實時仿真機，星載計算機實時仿真機和交聯環境實時仿真機。
星載計算機實時仿真機用來模擬衛星上的AOCC，實現衛星姿態控制和軌道控制；
交聯環境實時仿真機用來模擬衛星姿態控的制執行機構、衛星動力學及敏感器典型控制回路。
綜上所述，智能裝備仿真測試一體化平臺Links-XIL對于衛星姿軌控系統設計具有重要的價值，可以降低成本、縮短開發周期、提高設計精度、優化系統性能、評估風險和提高系統可靠性，為衛星姿軌控系統的設計和優化提供強有力的支持和保障。