Astrium在飞机和通信卫星之间创建了世界上第一个双向激光光学链路
挑战
解决方案
结果
- 首次展示了同类光学链路
- 设计迭代从几天减少到几个小时
- 总体开发时间减少了6个月
“使用MathWorks工具进行基于模型的设计，我们不仅模拟了控制算法，还模拟了物理硬件。通过为控制软件和测试平台自动生成代码，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学链路仅限于卫星对卫星通信。为了与飞机建立这样的联系，工程师们必须克服大气以及飞机的运动和振动对信号的失真和衰减。
EADS的全资子公司Astrium开发了LOLA，这是一种连接机载飞机和Artemis地球同步卫星的双向激光光学链路，能够以每秒50兆比特的速度传输，错误率低于十亿分之一。
Astrium通过使用基于模型的设计的MathWorks工具来减少控制开发和验证时间，这是一种在组织中已经建立起来的方法。
Astrium的开发工程师David Gendre解释道:“我们经常使用基于模型的设计进行定时模拟和航天器动力学建模。”“在这个项目中，我们使用Simulink、Simul万博1manbetxink 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滚动、俯仰和偏航。它还必须跟踪激光束，尽管有大气引起的干扰和扭曲。
基于惯性测量单元、主动像素传感器和GPS接收器的输入，控制系统使用执行器调整望远镜的方位角和仰角以实现更大范围的控制，并沿两个轴调整指向镜以实现细粒度控制。
当Astrium使用真正的硬件进行第一次测试时，只有微调组件可用。结果，为了验证，除了控制系统之外，他们还需要为物理系统的大部分建模、模拟和生成代码。
解决方案
Astrium工程师使用MathWorks工具进行基于模型的设计来建模、模拟和验证控制算法和望远镜指向硬件;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®和优化工具箱™用于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团队，其中一个团队使用Simulink万博1manbetx®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。万博1manbetxSimu万博1manbetxlink模型使团队能够在整个开发过程中交流设计决策。
使用Simu万博1manbetxlink，工程师为每种控制系统的操作模式开发了组件，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。万博1manbetx
在Simulink中运行时间域和频域仿真以验证控制系统的功能和稳定性后，工程师们使用Simulink Coder万博1manbetx™为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，以及开发图像处理和特定硬件驱动程序等功能。“这些函数很容易嵌入到Simulink模型中的s函数中，”Gendre解释说。万博1manbetx
工程师们使用Simulink Real万博1manbetx-Time™在专为飞行测试设计的PC机上部署了一个功能齐全的实时系统版本。
结果
首次展示了同类光学链路．望远镜指向控制系统使Astrium演示了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，包括处理试验台和光学的人员。能够快速反应并解决问题是很重要的，”詹德雷说。“通过Sim万博1manbetxulink，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。类似的改变过去要花上近一周的时间。”
总体开发时间减少了6个月．Gendre说:“使用MathWorks工具进行基于模型的设计使我们的开发工作缩短了大约6个月。”“节省时间的很大一部分是由于控制系统和测试台的代码自动生成。仅在测试平台上，我们就将开发速度提高了四倍。”
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