用户故事

空中客车公司国防和太空模拟木星冰卫星探测器任务数据流

挑战

使JUICE任务的有效载荷仪器供应商能够在各种任务场景中模拟科学数据的生成、存储和下行

解决方案

使用Si万博1manbetxmulink, SimEvents和MATLAB App Designer来创建可配置的事件驱动模型并运行多日任务模拟

结果

  • 超过模拟速度要求
  • 使开发时间减少30%
  • 模拟关键任务场景

“SimEvents利用基于事件的模拟进行快速原型设计的好处使我们确信,我们决定在下一代地球观测航天器上应用同样的方法来验证新的操作概念。”

Alexandre Cortier,空中客车防务航天公司

在木星系统中渲染JUICE。


计划于2022年发射的木星冰卫星探测器(JUICE)将携带11个科学仪器,进行为期8年的木星之旅,木星是太阳系中最大的行星。一旦到达那里,包括照相机、磁力仪、干涉仪、高度计和光谱仪在内的仪器将对木星及其三个卫星——木卫三、木卫四和木卫二——进行详细的观测。这次任务的主要目标是深入了解支持行星形成和生命出现的条件。万博1manbetx

果汁仪器产生的数据流在传输到地球之前将存储在固态大容量存储器(SSMM)中。由于所用仪器的多样性、所收集数据的相对优先级以及传输通道施加的限制,从仪器到存储器和下行链路的数据流可能很复杂。

空客国防和航天公司的工程师使用Simulink创建的事件驱动模型万博1manbetx®和SimEvents™ 模拟这些数据流并评估车载数据延迟、数据存储容量和下行链路错误率的影响。

“我们选择MATLAB、Simulink和SimEvents开发万博1manbetx我们的仿真模型的决定直接受到这些产品的健壮性、可扩展性和灵活性的影响,”空中客车国防和航天公司研发工程师Alexandre Cortier说。“使用SimEvents对基于事件的系统进行快速原型设计,使我们能够在初步设计审查之前验证为JUICE计划的新操作概念,并降低系统后续实施中的风险。”s manbetx 845

挑战

计划用于JUICE任务的每个仪器产生多达4个数据流,数据速率随时间变化。每个流都链接到一个包含文件的SSMM目录,这些文件将通过X或Ka频段传输到地球。如果文件在下行过程中损坏,地面站将请求重传。只有确认传输成功后,文件才会被删除。

系统变量,包括分配给每个仪器的目录数量和每个目录的下行链路优先级,增加了系统的复杂性。这种复杂性使得运行架构师难以预测子系统之间的各种参数配置和交互如何影响系统性能。

空客防务与航天公司希望创建一个模型,使建筑师能够运行模拟,以验证他们的操作概念,并调整参数,以满足任务要求的文件延迟(机载采集和地面全面接收之间的时间),根据他们分配的优先级。模型需要在JUICE初步设计审查之前准备好。一个关键的要求是模拟时间:模拟器必须能够在10分钟内运行一个15天的任务,以允许架构师运行大量具有代表性的模拟。

解决方案

空客国防和航天工程师开发了一个事件驱动模型,用于使用SimEvents模拟JUICE science数据流。

他们创建了三个离散事件组件块:模拟仪器行为的设备块、模拟目录管理逻辑的SSMM目录管理器块和模拟传输控制逻辑的下行链路频带管理块。

这些模块具有操作架构师可以调整的参数,以探索各种配置和模拟场景。参数包括仪器数量、每个仪器的流数量、目录数量、目录大小和优先级以及下行链路传输速率和错误率。

该团队从单个组件块组装了一个参考系统模型,其中包括10个设备块、一个SSMM目录管理器块和两个下行链路频带管理块,一个用于Ka频带,一个用于X频带传输。

实现团队使用SimEvents DES块开发了模拟器。他们用MATLAB App Designer构建了一个图形界面,便于操作架构师和其他用户配置、运行模拟和分析结果。

作战架构师使用该离散事件模型来模拟代表性任务场景,并对各种系统配置进行假设分析。

由于在JUICE项目中使用事件驱动模型的积极经验,空客国防和航天工程师为一个内部项目开发了类似的模型,以验证新的操作概念。

结果

  • 超过模拟速度要求。“我们的要求是,作战架构师必须能够在10分钟内模拟15个任务日,”Cortier说我们开发的JUICE模型对此类任务的模拟时间不到5分钟,这多亏了我们与SimEvents的合作。”
  • 能够减少30%的开发时间。“我们在几周内就开发出了最初的模型和用户界面,”Cortier说。“在即将到来的项目中,我们希望能够通过重用我们的用户界面和直接从UML模型生成MATLAB代码来减少30%的开发时间。”
  • 模拟关键任务场景。Cortier说:“使用我们SimEvents模型及其MATLAB接口的运营架构师告诉我们,他很欣赏这种针对特定问题快速运行具有代表性的模拟的能力。”“该模型已经用于多个场景,帮助有效载荷设备管理人员更好地理解JUICE数据存储和下行系统,并调整他们负责的配置参数。”

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