Astrium在飞机和通信卫星之间建立了世界上第一个双向激光光链路
挑战
解决方案
结果
- 展示了首个光学链路
- 设计迭代从几天减少到几个小时
- 整体开发时间减少了6个月
“使用MathWorks工具进行基于模型的设计，我们不仅模拟了我们的控制算法，还模拟了物理硬件。通过自动为控制软件和测试台生成代码，我们减少了开发时间并快速实现了更改。我们将模拟和测试结果可视化，这让我们对最终部署的设计充满信心。”
David Gendre, Astrium
直到最近，用于高带宽卫星传输的激光光链路仅限于卫星对卫星通信。为了与飞机建立这样的联系，工程师们必须与大气、飞机的运动和振动造成的信号失真和衰减作斗争。
Astrium是EADS的全资子公司，开发了LOLA，这是一种机载飞机和Artemis地球同步卫星之间的双向激光光学链路，能够以每秒50兆比特的速度传输，错误率低于每十亿比特中的一个。
Astrium通过使用MathWorks工具进行基于模型的设计，减少了控件开发和验证时间，这是一种在组织中已经建立的方法。
Astrium的开发工程师David Gendre解释说:“我们经常使用基于模型的设计(Model-Based Design)进行定时仿真和航天器动力学建模。”“在这个项目中，我们使用Simulink、Simul金宝appink Coder和Simulink Real-Time来开发控制系统模型和指向硬件的物理模型。我们使用这些模型进行持续的功能验证，并为硬件在环测试和飞行测试中使用的实时演示系统生成代码。”
挑战
Astrium的系统必须控制和抑制飞机的高频振动，以及它的滚转、俯仰和偏航。它还必须跟踪激光束，尽管有大气造成的干扰和扭曲。
该控制系统基于惯性测量单元、有源像素传感器和GPS接收器的输入，使用致动器调节望远镜的方位角和仰角以实现更大规模的控制，并沿两轴调节指向镜以实现细粒度控制。
当Astrium用真正的硬件进行第一次测试时，只有微调组件可用。因此，为了验证，除了控制系统之外，他们还需要为物理系统的很大一部分建模、模拟和生成代码。
解决方案
Astrium的工程师使用MathWorks工具进行基于模型的设计，对控制算法和望远镜指向硬件进行建模、仿真和验证;进行硬件在环(HIL)测试;并为飞行测试部署一个完全可操作的实时系统。
Astrium进行了飞行测试，以测量飞机的振动以及俯仰、滚转和偏航角的变化。MATLAB®和Optimization Toolbox™处理测量数据作为控制系统模型的输入。
他们把这个项目分成两个平行的小组，一个小组使用Simulink金宝app®设计和建模控制系统，其次使用Simulink对望远镜指向硬件的力学和主动像素传感器的行为进行建模。金宝appSimu金宝applink模型使团队能够在整个开发过程中沟通设计决策。
使用Simu金宝applink，工程师开发了每种控制系统操作模式的组件，包括指向、采集和跟踪。他们使用Control System Toolbox™开发线性时不变模型，并重用Simulink库中的功能块，包括轨道模型块和使用四元数计算的几何分析块。金宝app
在Simulink中运行时域和频域仿真以验证控制系统的功能和稳定性后，工程师使用Simulink Coder™为金宝app控制软件和物理模型生成代码。然后，他们使用HIL测试进行了第二个航空电子验证阶段，控制系统在实际硬件(用于精细控制指向)和模拟硬件(用于大规模指向)的组合上运行。
在整个开发过程中，MathWorks工具促进了并行工程，软件工程师负责管理控制系统的实时约束，以及开发诸如图像处理和特定硬件驱动程序等功能。Gendre解释说:“这些函数很容易嵌入到Simulink模型中的s函数中。”金宝app
工程师们使用Simulink Real金宝app-Time™在专为飞行测试而设计的PC上部署了一个功能齐全的实时版本的系统。
结果
展示了首个光学链路。望远镜指向控制系统使Astrium公司能够演示世界上第一个在机载飞机和通信卫星之间的双向激光光学链路。
设计迭代从几天减少到几个小时。“在HIL测试期间，我们有许多其他团队参与其中，包括处理试验台和光学器件的人员。重要的是能够迅速作出反应并解决问题，”Gendre说。“使用Sim金宝appulink，我们可以进行必要的修改，使用Simulink Coder重新生成软件，并在半天内重新开始测试。过去，类似的变化要花上我们差不多一周的时间。”
整体开发时间减少了6个月。Gendre说:“使用MathWorks工具进行基于模型的设计使我们能够将开发工作缩短大约六个月。”“节省时间的很大一部分是由于自动生成控制系统和测试台的代码。仅在测试台上，我们就将开发速度提高了四倍。”
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