TriVector验证战神I火箭的时间延迟

挑战

分析美国宇航局战神一号火箭上健康和状态信息的时间延迟

解决方案

使用Si金宝appmulink和SimEvents对包级通信进行建模,运行离散事件模拟,并评估端到端延迟

结果

  • 需求验证提前了一年
  • 发现时间规范问题
  • 延迟分析结果可视化传达

“我们的战神I SimEvents模型可以在多个总线上跟踪大约每秒20,000包的交付时间,使我们能够在硬件设计之前验证需求,并识别时间需求的问题。”

克里·亚历山大,TriVector服务公司
美国宇航局的战神一号火箭。

战神一号火箭是美国国家航空航天局(NASA)的星座计划(Constellation Program)的核心任务,包括国际空间站、月球、火星和太阳系。“战神一号”有两个阶段:在第一级,一个可重复使用的固体火箭助推器在从“战神一号”分离之前,在发射期间将“猎户座”载人飞船提升到近地轨道。在上一级,一个J-2X发动机推动“猎户座”飞船进入轨道。两级航空电子系统(猎户座)和地面系统之间的通信对每次发射的成功至关重要。

为了支金宝app持美国宇航局,TriVector服务团队分析了十多个战神一号通信总线的时间。利用Simulink对战神I数据包级通信进行离散事件仿真金宝app®, Stateflow®, SimEvents®在任何硬件或软件开发之前,工程师们评估了网络延迟,并验证了总线的需求。

TriVector公司的高级工程师克里·亚历山大解释说:“战神I型巴士将健康和状态信息从航空电子传感器传送到飞行计算机、猎户星座和地面系统。”“有了SimEvents,我们进行了模拟,跟踪每个数据包从源头到目的地,并验证了它在NASA要求的时间范围内被交付。”

挑战

战神一号的两个部件——第一级和上部级配备J-2X引擎——都有冗余总线将飞行计算机与收集航空电子传感器数据的远程终端(RTs)连接起来。NASA的顶级要求规定,一旦RT获得数据,数据必须在规定的时间内交付给猎户座或地面系统;较低层次的需求指定了元素到元素数据交付的时间。

为了分析时间和验证需求,TriVector工程师需要对Ares I通信系统体系结构建模,并模拟组件之间的事务。模型必须包括每个RT、总线和它们的互连。该团队必须在微秒级运行模拟,然后对结果进行后处理以测量延迟。最后,他们需要用图形表示分析结果,以证明可以满足时序要求。

因为硬件还没有开发出来,工程师们只能根据需求建立系统模型。

解决方案

TriVector的工程师使用Simulink和S金宝appimEvents来模拟整个战神I的包级通信,并分析运行状况和状态信息的端到端延迟。

他们基于NASA的数据I/O配置文件建立了一个上层巴士和RTs的模型,其中包括一个数据时间表,定义了飞行计算机何时会在亚秒的时间片内请求RTs的数据。

他们使用最初的SimEvents模型,其中包括一个RT、一个飞行计算机、一个总线和系统时钟,来模拟特定时间片上的数据传输。然后他们添加了RTs和其他组件,直到他们建立了Upper Stage低速率数据总线的模型。

利用SimEvents,工程师们通过比较数据包从RT发出的时间和数据包到达目的地的时间来计算每个数据包的延迟。

利用statflow,工程师建模了上层级飞行终止系统的信号逻辑,该系统用于在紧急情况下摧毁火箭。

TriVector与MathWorks咨询服务合作,实现了大规模建模的最佳实践。他们基于SimEvents块构建了一个参数化的、可重用的组件库,使模型更容易修改,并缩短了仿真时间。

该团队通过使用Simulink编码器进一步加速了模拟金宝app创建一个独立的可执行文件。

该团队使用了MATLAB®对模拟结果进行后处理,并绘制数据包延迟图。

TriVector服务团队已经完成了战神一号的初始时间分析,包括第一阶段和上层阶段的总线。该团队现在使用Simulink Requir金宝appements™来跟踪在Microsoft中捕获的需求®®到模型中。

结果

  • 需求验证提前了一年.“通过用SimEvents建模离散事件,我们能够在硬件可用之前模拟包级事务,”Alexander说。“如果NASA必须先建造硬件,那么时间要求的验证可能会推迟一年。”

  • 发现时间规范问题.Alexander说:“我们的SimEvents模型提供了整个系统的图片,以及使用电子表格无法获得的详细计时结果。”“这种方法使我们能够向NASA报告缺失的需求以进行改进。”

  • 延迟分析结果可视化传达.“我们创建了MATLAB绘图,使其更容易可视化和交流我们的结果,”Alexander说。“例如,我们将特定总线上每个包的时间延迟需求在5秒模拟中绘制为红线;在同一图表上,我们绘制了这些数据包的实际延迟。当所有数据包都低于红线时,我们就知道系统满足了特定的要求。”