猎户座飞船是美国宇航局用于近地轨道外载人探索的运载工具。导航与控制(GN&C)子系统的核心是GN&C飞行软件(FSW),该软件在车辆管理计算机(vmc)上执行。该软件接收来自导航传感器和飞行员控制的输入,并显示和命令CM(乘员舱)、SM(服务舱)和LAS(发射中止系统)上的适当效应器来完成任务目标。

猎户座GN&C软件在多个任务阶段运行,包括发射前、上升、地球轨道、过境、漫游、会合、对接、进入和各种中止方案。该软件必须在手动和自动模式下运行,并必须处理来自机组人员和地面的命令。该软件还必须执行复杂的制导和导航算法,同时控制进入、上升中止和轨道机动期间的高度动态配置。由此产生的算法类型宽度驱动多速率体系结构来满足CPU使用分配。

生产GN&C FSW所面临的挑战是如何以最少的团队,以更低的成本生产出一个健壮的、自主的、人工额定的GN&C FSW系统。传统上,GN&C设计者通常手工编码原型算法,以演示它如何工作和满足需求。在闭环仿真中对原型算法进行了分析和设计。在验证算法的有效性后,GN&C的设计者创建GN&C算法的FSW需求,这些需求用于生成FSW需求,并传递给软件工程师。然后软件工程师将这些需求解释为FSW设计,并生成手工编码的软件。该代码最终经过了FSW团队的大力测试和验证。

虽然传统的方法已经被证明是有效的,但它是一个漫长、缓慢的过程,容易解释。创建的每个文档都需要GN&C设计师或软件工程师进行解释。因为GN&C设计人员和软件工程师是作为独立的团队工作的,沟通很少,所以很可能对文档的解释不完整或不正确。

猎户座乘员探索飞行器(CEV) GN&C设计和分析团队使用MATLAB/Simulink工具套件开发了车载GN&C FSW,采用基于模型的设计(MBD)方法进行FSW开发。MBD过程包括在Simulink图形设计环境中开发算法,自动生成c++代码,并将代码集成到ARINC 653分区中。

Orion MBD方法允许软件工程师在开发过程的早期提供一个框架(速率组,I/O)。GN&C的设计者创建的模型是自动编码的,最终成为飞行软件。这也大大减少了FSW团队,因为他们不再手工编码算法或模型。现在,该软件可以更早地用于分析和测试,导致飞行代码在飞行前的运行时间更长,并减少了自动代码中的错误。最后,它允许NASA建立一个流程和模板供将来使用。

大型复杂的Orion GN&C应用程序由一个地理上分离的团队开发,需要新的软件架构、设计方法、建模标准、单元级和闭环测试模拟、测试环境,以及自动生成代码产品的测试和验证方法。

GN&C现在观察到的一些好处包括不需要安排时间来手工编码GN&C算法(60,000+ SLOC被Critical Design Review自动编码),详细的需求评审被已经被证明功能的MBD工件评审所取代。自动化的测试框架和报告生成简化了测试工件的测试和生产,自动化的标准检查工具(例如Model Advisor)和图形化工件促进了检查过程。

这项工作是由Timothy Straube乔尔·亨利,瑞安自豪,大卫•维勒克里斯•马德森斯科特•Tamblyn罗伯特同性恋,马克·凯恩Mike Buttacoli Riana Pecourt,布莱恩·霍尔舍伦布朗,杰里米·Rea迈克尔•tigg卢克麦克纳马拉,丹尼尔•Matz贾里德·多姆,凯利史密斯,苏珊Stachowiak,黛博拉·梅里特,大卫•Saley格雷格•霍尔特马克•麦克弗森约翰逊航天中心的凯伦·弗兰克、卡尔·索德兰、杰森·阿诺德、蒂姆·克莱恩、大卫·萨利和克里斯·德索萨;查尔斯·斯塔克·德雷柏实验室的马克·杰克逊、斯科特·詹金斯、埃利斯·金和雷纳托·萨内蒂;霍尼韦尔公司的Ben Meier、David Oelschlaeger、Jake Horky、Kevin Morrill、Roger Wacker、Greg Loe和Kevin Key;洛克希德马丁公司的Richard Burt, Jeff Patterson, Katherine Sullivan, Mary Fleet, Steven Rehfeldt, Harvey Mamich, Nicole Demandante, Andrew (Andy) Barth, David Shoemaker, Charity Duke, Jastesh Sud, Jason Roon, Douglas Reid和Robert Chambers;Hamilton Sunstrand Corp.的布赖恩·比哈里(Brian Bihari);奥德赛太空研究公司的丹尼斯·布朗;ARES公司的吉米·杨;以及兰利研究中心的玛丽娜·莫恩。这个软件可以使用。 To request a copy, please visit在这里


金宝搏官网科技简报》杂志

本文首次发表于2017年12月号金宝搏官网杂志。

阅读更多本期文章在这里

阅读更多的档案文章在这里