第 22 卷增刊 1
系 统 仿 真 学 报©
Vol. 22 Suppl. 1
2010 年 2 月 Journal of System Simulation Feb., 2010
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基于VxWorks的卫星实时数学仿真平台
沈二建, 张 涛, 宋靖雁, 王 乾
（清华大学自动化系导航与控制研究中心，北京 100084）
摘 要：介绍了一种卫星数学实时仿真平台。详细说明了仿真平台四台工控机的软硬件配置和作用。
仿真平台将星载机模型和卫星其他模型分开，模拟了敏感器和执行机构与星载机之间的通信。使用
了 VxWorks 实时操作系统和 CAN 总线，保证了仿真的实时性。合理地使用 CAN 总线、网络通信
和串口通信，用于不同的通信任务，模拟了卫星的遥测遥控功能，实现了对仿真平台的监控功能。
根据仿真平台的设计理念，提出了一种可以经过转换用半物理仿真的数学仿真平台。
关键词：VxWorks；实时性；网络通信；RS-232；CAN 总线
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2010) S1-0199-03
Real-time Mathematical Simulation Platform of Satellite Based on VxWorks
SHEN Er-jian，ZHANG Tao, SONG Jing-yan, WANG Qian
(Automation, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
Abstract：A real-time mathematical simulation platform of satellite is presented. The four Industrial Personal Computers of
the platform is introduced in detail. In this platform, the on-board computer model and the other models are running on two
computers respectively, so that the communication between sensors, along with actuators and the on-board computer is
simulated. Using the VxWorks operating system and CAN bus can ensure the real-time characteristic. And the CAN bus、
network communication and serial communication are used to take different tasks reasonably, in order that the Telemetry &
Telecontrol function and monitor of the platform can be realized. Following the idea of the mathematical simulation platform,
a semi-physical simulation platform is put forward.
Key words：VxWorks; real-time; network communication; RS-232; CAN
引 言
1
卫星研制具有高风险、高投资、高技术等特点
[1]
，所以，
卫星发射升空之前的地面仿真和测试是非常重要的。卫星地
面仿真技术分为数学仿真、半物理仿真和全物理仿真，其中
由于数学仿真不需要的卫星部件参与，因此被广泛应用于学
术研究和卫星研制初期的各项试验中。
目前卫星数学仿真最常用的方法是在 Simulink 环境下
搭建卫星模型进行仿真，这种方法简单易行，在一台计算机
上就可以完成，但是不能保证实时性。为了提高仿真的实时
性，一种方法就是利用 Matlab 的 RTW 将 Simulink 模型直
接编译生成代码，下载到装有实时操作系统的目标机上。
上述方法都是将卫星所有模型等放到一台计算机上运
行，卫星各个部分之间的通信就没有办法进行验证。另外，
用 Matlab 生成的代码可读性及代码质量都无法保证。
针对以上两个问题，本文介绍一种卫星仿真平台。卫星
各部分模型均用 C 语言编写，而且将星载机模型单独放到
一台计算机上，其它模型放到另外一台计算机上。两台计算
机均使用 VxWorks 实时操作系统，用 CAN 总线进行通信
[3]
。
另外，还增加了两台计算机是分别用于仿真监控和模拟地面
遥测遥控。这个仿真平台具有实时性好、可视化程度高和功
收稿日期：2009-06-09 修回日期：2009-09-21
作者简介：沈二建(1986-), 男, 河南商丘, 硕士, 研究方向为卫星的地面
仿真与测试。
能多样等特点。
1 仿真平台的设计
卫星仿真平台设定在 300ms 内完成一步运算，但是实际
花费的时间要保证小于 300ms，必须留出一定的空闲时间。
为达到实时性要求，使用实时操作系统，同时将计算量大的
卫星控制模块分离出来。
1.1 总体方案
仿真平台的原理框图如图 1 所示。仿真平台共有四台工
控机、两台 GPS 接收机和一台交换机组成。运行星载机模
型的工控机，称为星控机；运行卫星其它模型的工控机称为
卫星模型机；实现遥测遥控功能的工控机，称为遥测遥控计
算机；还有一台工控机监视整个卫星仿真平台的运行情况，
称为监控计算机。
设备之间通过 CAN 总线、网络通信和 RS-232 通信等方
式相互连接。四台工控机两两之间的通信，实时性和传输的
数据量均不相同。所以在确定通信方式时，要结合通信任务
和三种通信方式的特点，合理选择，既要满足要求，又要调
高通信的利用率，降低仿真平台成本。
仿真平台结构图如图 1 所示
[2-3]
。
卫星的控制系统和卫星模型解算都需要很高的实时性，
所以卫星模型机和星控机使用 VxWorks 实时操作系统。由
于遥测遥控计算机和监控计算机与人进行交互，实时性要求
不高，所以使用 Windows 操作系统即可。
