卫星仿真模型验证和确认系统研制总结报告_SpaceClaim_MBSE_二次开发_电子_太阳能_热设计_仿真体系_数字孪生_控制_试验

卫星仿真模型验证和确认系统研制总结报告

系统概述

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卫星热设计是一个具有挑战性的问题。一颗卫星是由许多对温度敏感的部件组成的。传感器、照相机、收音机、电子器件、电池、姿态控制系统和太阳能电池板都需要保持在一定的温度范围内，甚至卫星结构本身也必须保持在一定的温度范围内，以防止过度的热变形。

随着计算机科学技术的不断发展，建模与仿真（M&S）技术不断应用到在轨卫星的热仿真预测分析中。建立复杂的卫星模型并对其进行热仿真研究，已成为卫星研究的重要途径。通过建模与仿真，对卫星的热力学性能做出分析与评价，不仅能够提升卫星的设计水平，而且还是缩短研制周期、降低研制风险与费用的有效途径。

目前，在卫星的研制过程中，大量的采用仿真手段进行设计方案的性能评估。根据卫星在轨及地面试验的工作过程，建立卫星的热仿真模型，利用计算机快速仿真达到快速性能评估的目的，并根据仿真模型的预测结果来指导型号产品的设计和优化。为了达到在各级试验中有效代替实物、减少地面试验带来损耗的目的，建立精确的卫星热仿真模型显得尤为重要。

总体设计方案

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本方案介绍的仿真模型验证和确认系统软件主要基于安怀信公司自研软件SimV&Ver进行定制开发，包括V&V验模模块。软件模块构成如下图所示。

软件模块构成

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序号	模块名称	模块功能
1	验模平台基础环境模块	针对用户业务场景设计人机交互界面，充分考虑用户工程习惯，安排各功能模块的入口按钮，也可从树状验模流程导航栏进入。合理设计了各验模流程的设置界面，在帮助栏中提供软件功能使用教程和案例说明。
2	模型集成与解析模块	集成Thermal Desktop、TMG仿真工具接口，支持模型变量的自动解析和手动设置，包括名称、初值、变量类型、取值范围等。
3	仿真与试验一致性分析模块	能够导入试验数据，建立仿真结果与试验数据的关系，并对仿真结果的精度进行评估，既支持曲线误差评估，也支持单点误差评估。
4	试验设计分析模块	具备多种类型采样算法，可对输入输出参数的样本空间进行探索，可以进行随机的和自定义的批量仿真试验设计、运行和分析。
5	模型参数灵敏度分析模块	对待研究输入参数进行关于系统输出特性的参数灵敏度分析计算，给出灵敏度排序结果，分析参数相关性，为模型参数修正提供指导。
6	模型修正模块	在仿真结果与试验结果进行误差对比的基础上，以误差最小为优化目标，提供多类型优化算法，进行优化计算，获得最优参数，提升仿真与试验的一致性。
7	模型不确定性分析模块	对输入参数的不确定性进行定义，利用不确定性算法计算研究该不确定性对仿真输出的影响，得到概率统计意义下的分析结果。
8	单机置信度分析模块	通过对基本参数取单极限值计算单机的温度极值，然后通过对基本参数进行自由组合，确定单机的温度范围，并根据特定置信度获取单机的温度极值。
9	多工况协同优化模块	支持多目标优化，支持多工况的热模型修正。
10	验模报告自动生成模块	可以将在V&V验模模块中执行的验模过程产生的图、表、数据等信息发布到验模报告中去。
11	基于SpaceClaim的模型简化工具	基于SpaceClaim进行二次开发，实现3维模型的简化以及相关热分析属性的赋予。