洛克希德·马丁空间系统公司开发基于模型设计的IRIS卫星GN&C系统

挑战

开发用于界面区域成像光谱仪(IRIS)观测卫星的制导、导航和控制(GN&C)系统

解决方案

利用MATLAB和Simulink对GN&C系统和IRIS卫星组件进行建模,进金宝app行闭环仿真和处理器在环仿真,并生成产品代码

结果

  • 开发效率翻倍
  • 高效、无缺陷的代码生成
  • 设计更新在一天内完成

“一个由4名工程师组成的团队在短短23个月内设计、集成并测试了GN&C系统。我们更有效率,因为我们在分析和代码开发中使用了相同的工具,并生成了20,000行无缺陷的代码。对我们来说,这为基于模型的设计提供了强有力的理由。”

洛克希德·马丁空间系统公司的GN&C工程师Vincentz Knagenhjelm
虹膜天文台。

界面区域成像光谱仪(IRIS)天文台目前在地球轨道上,正在捕捉太阳的紫外光谱和高分辨率图像。这些图像将帮助科学家更好地了解太阳大气最低层的能量流和等离子体。

IRIS由洛克希德·马丁空间系统公司设计和建造,有效的空间分辨率为0.33弧秒,使它能够提供前所未有的太阳色球层和过渡区域的视图。为了获得这些高分辨率的图像,IRIS依赖于一个精确的制导、导航和控制(GN&C)系统,该系统由洛克希德·马丁空间系统公司使用MATLAB开发的基于模型的设计®和仿真软金宝app件®

“基于模型的设计使我们的小团队能够满足飞行软件的激进交付期限,”鲍勃Dougherty说,领导GN&C工程师在洛克希德马丁公司。“该软件在轨道上运行完美,该项目突出了我们建造低成本、低风险航天器的能力。”

挑战

在过去的类似项目中,洛克希德·马丁公司的工程师们制作了大量的算法设计文件,有些超过1000页。程序员根据他们对这些文档的解释手工编写代码。整个过程是缓慢的,而且有时会在手工编码过程中引入缺陷。

只有23个月的软件设计、集成和测试计划,团队需要显著加速软件交付过程。为了实现这一目标,他们试图用自我记录的设计取代详细的算法设计文档,重用现有的卫星硬件工厂模型,用自动代码生成取代手工编码,并使用单一的环境进行分析和软件开发。

解决方案

洛·马工程师采用基于模型的设计加速IRIS GN&C飞行软件的开发。

在MATLAB和Simulink中工作,工程金宝app师开发了一个控制系统的基本模型,以分析指向性能,或航天器可以如何精确地重新定向。

为了创建一个工厂模型,团队重用了现有的Simulink和statflow金宝app®由洛克希德·马丁航天飞行器集成实验室(SVIL)开发的卫星部件模型。他们将反应轮、磁扭力杆、星跟踪器、太阳传感器和其他组件的模型与环境的Simulink模型结合起来。金宝app

该团队导出了他们的Simulink控制模型,使用金宝appSimulink Report Generator™创建交互式web视图,并在设计审查期间对其进行了深入检查。

通过使用工厂模型运行闭环仿真,并使用Simulink coverage™对仿真进行模型覆盖分析,他们验证了最初的GN&C设计。金宝app

他们与MathWorks飞行员工程小组合作,将他们最初的飞行软件GN&C模型划分为组件,包括姿态控制器、反作用轮控制器和姿态确定模块。每个组件对应于飞行代码中的一个软件单元。

他们使用嵌入式编码器®为这些组件生成C代码,添加少量手工生成的“胶水”代码,用于Moog Broad Reach Engineering抗辐射微处理器及其执行软件。团队使用定制的MATLAB用户界面,对每个GN&C飞行软件单元进行了各种Simulink测试用例。金宝app

SVIL工程师在工厂模型中添加了一个集成层,并使用Embedded Coder生成C代码,并将其部署到实时计算机上进行处理器在环测试。

在Simulink中运行实时测试和优化设计之后,团队为产品RAD750处理器生成了大约20,000行代码。金宝appGN&C系统在IRIS上运行,IRIS已经提供了高分辨率图像和光谱数据。

结果

  • 开发效率翻倍.GN&C软件工程师Phil Boyle说:“我们测量了每个开发人员每小时的等效源代码行数,发现基于模型的设计比飞行软件的手工编码效率高两到三倍。”“这不仅适用于IRIS项目,也适用于我们使用基于模型设计的其他项目。”

  • 高效、无缺陷的代码生成.博伊尔说:“10年前,我们尝试过使用自动代码生成,但在使用之前,代码必须大量修改。”“相比之下,我们使用嵌入式编码器为IRIS生成的代码不仅没有缺陷,而且非常高效。”

  • 设计更新在一天内完成.“IRIS投入运行后,我们发现了一些发射前未知的硬件特性,”Boyle说。“为了解释这种硬件行为,我们简单地更新了我们的Simulink模型,重新生成代码,并重新运行我们的单元测试和软件项目确认测试金宝app。一天之内,我们就准备好了一个更新的系统。”