安文德伯里希特

TriVector验证战神一号火箭的延时

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对数据包级通信进行建模,运行离散事件模拟,并评估端到端延迟

后果

  • 提前一年验证需求
  • 未发现的定时规范问题
  • 延迟分析结果以可视化的方式传达

“Ares I的SimEvents模型可以在多个总线上跟踪大约每秒20,000个数据包的交付时间,这使我们能够在硬件设计之前验证需求并识别时间要求的问题。”

克里·亚历山大,三向量服务公司
美国宇航局的战神一号火箭。

“战神一号”火箭是美国宇航局星座计划在国际空间站、月球、火星和太阳系执行任务的核心。战神一号分为两个阶段:在第一阶段,一个可重复使用的固体火箭助推器在发射期间将猎户座乘员运载工具提升到近地轨道,然后与战神一号分离。在上一阶段,一个J-2X发动机将猎户座推进轨道。猎户座和地面两级航空电子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NASA,TriVector服务团队分析了十多辆战神一号通信总线的时间安排。通过使用Simulink对Ares I数据包级通信执行离散事件模拟金宝app®,Stateflow®,及SimEvents®在开发任何硬件或软件之前,工程师评估了网络延迟并验证了总线的要求。

“战神I公共汽车将健康和状态信息从航空电子传感器传送到飞行计算机、猎户座和地面系统,”TriVector公司的高级工程师克里·亚历山大解释说。“通过SimEvents,我们进行了模拟,跟踪每个数据包从源头到目的地,并验证它是否在NASA要求的时间范围内交付。”

挑战

战神一号的第一级和装有J-2X发动机的上一级都有冗余总线,将飞行计算机连接到远程终端(RTs),远程终端收集航空电子设备传感器数据。美国宇航局的顶级要求规定,一旦RT获得数据,数据必须在规定时间内交付给猎户座或地面系统;较低级别的需求规定了元素到元素数据传递的时间。

为了分析时间和验证需求,TriVector工程师需要对战神I通信系统架构建模,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,他们需要以图形化的方式表示分析结果,以证明可以满足时间要求。

因为硬件还没有开发出来,工程师们只能根据需求对系统进行建模。

解决方案

TriVector工程师使用Simulink和Si金宝appmEvents来模拟整个战神I的包级通信,并分析健康和状态信息的端到端延迟。

他们根据来自NASA的数据I/O配置文件建立了一个上层总线和RTs的模型,其中包括一个数据时间表,定义了飞行计算机在亚秒级的时间片中何时向RTs请求数据。

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)来模拟在指定时间片上的数据传递。然后他们添加RTs和其他组件,直到他们对上层低速率数据总线建模。

在SimEvents中,工程师通过比较报文从RT发出的时间和报文到达目的地的时间来计算每个报文发送的延迟时间。

工程师们使用Stateflow对上层飞行终止系统中的信号逻辑进行建模,该系统用于在紧急情况下摧毁火箭。

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

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

团队使用MATLAB®对模拟结果进行后处理,并创建数据包延迟图。

TriVector服务团队已经完成了战神I的初始时间分析,包括一级和上一级总线。该团队现在正在使用Simulink Requ金宝appirements™来跟踪在Microsoft中捕获的需求®单词®与模型相一致。

后果

  • 提前一年验证需求Alexander说:“通过使用SimEvents对离散事件进行建模,我们能够在硬件可用之前很好地模拟数据包级别的事务。如果NASA必须首先构建硬件,那么对时间要求的验证可能会延迟一年。”

  • 未发现的定时规范问题. 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美国宇航局报告缺失的改进要求。”

  • 延迟分析结果以可视化的方式传达Alexander说:“我们创建了MATLAB绘图,使我们的结果更易于可视化和交流。”。“例如,我们在五秒钟的模拟中,将特定总线上每个数据包的时间延迟要求绘制为红线;在同一图表上,我们绘制了这些数据包的实际延迟。当所有数据包都在红线以下时,我们知道系统满足特定要求。”

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