卫星作为航天应用的主要载体，按照用途主要可以分为通信、导航、遥感、科学与技术试验四类，正不断改变着人类的生活，影响着人类的文明。近年来，卫星产业发展迅猛，随着多波束天线技术、频率复用技术、高级调制方案、软件定义无线电、软件定义载荷、软件定义网络、以及一箭多星、火箭回收等技术的发展与成熟，卫星小型化、星座巨型化成为发展趋势。

卫星小型化：随着电子信息、材料、控制技术的进步，卫星得以设计得更小巧轻便，但依然保持较高的性能和功能。小型卫星的发射成本较低，可以形成星座集群，实现全球覆盖和高频率观测，从而提供更加灵活和多样化的服务。

图1 卫星按重量分类

图2 大小卫星研制模式差异

星座巨型化：星座巨型化是通过大规模的卫星组成星座，实现全球范围的通信、互联网和数据服务。星座巨型化能够提供高通信容量、全球覆盖和备份冗余，满足更多用户的需求。

图3 海外小卫星星座建设计划

 卫星小型化和星座巨型化为卫星服务商带来了商业模式上的创新。通过大规模星座部署，卫星服务商可以实现经济规模效应，降低运营成本，提供更具竞争力的价格和服务。

Links-XIL助力卫星制造进入“工业化”大规模生产时代

在卫星小型化、星座巨型化背景之下，组网卫星数量大幅增加对卫星的设计理念、生产方式等都带来了挑战，卫星逐渐从传统的“定制化”研制模式，走向“工业化”大规模生产模式。这种情况下并行工程（即：设计、实现、测试和生产准备同时进行）被提上了日程，智能装备仿真测试一体化平台Links-XIL为并行工程的实现创造了一个良好的环境。

卫星姿态与轨道控制系统作为卫星的“大脑”，其价值约占卫星总体价值的30%-40%左右，姿轨控系统的精确和可靠性直接关系着卫星的任务执行和运行安全，卫星姿态控制的精准性和稳定性影响着卫星的通信、遥感、导航等功能的有效性，而轨道控制的精准性影响着卫星的位置和覆盖范围。

卫星姿态与轨道控制系统设计过程涉及难点众多，简要概括如下：

复杂耦合效应：卫星的姿态控制和轨道控制是相互耦合的，姿态控制会影响轨道，轨道控制也会影响姿态。在设计控制系统时需要考虑这种复杂的耦合效应，确保姿态和轨道控制的协调性和稳定性。

多学科交叉：卫星姿态与轨道控制涉及多个学科领域的知识，包括航天学、动力学、控制工程等。在设计过程中需要进行多学科交叉，确保控制系统的综合性能和一致性。

复杂环境影响：卫星在太空中面临复杂的环境影响，如辐射、宇宙尘、温度变化等因素。这些环境因素会对卫星的姿态与轨道控制产生影响。

精确控制要求：卫星姿态与轨道控制的任务要求通常非常精确，如保持卫星在特定轨道上运行、实现精确的定位和定向等。控制系统需要满足高精度的控制要求，对控制算法和硬件设计提出了挑战。

故障容忍：卫星在太空中面临各种故障和异常情况，如传感器故障、推进器故障等。控制系统需要具备较强的故障容忍能力，能够在故障情况下保持稳定运行或自动进行故障处理。

能源管理：卫星姿态与轨道控制系统通常由太阳能供电，能源管理对于控制系统的运行非常重要。设计需要考虑如何有效利用太阳能，并确保控制系统在不同能源状态下的正常运行。

长期稳定性：卫星姿态与轨道控制系统需要保持长期稳定性，确保卫星能够持续地在太空中稳定运行，这就需要充分的地面仿真试验作为支撑。

Links-XIL平台在卫星设计过程中的意义主要体现在可以为卫星姿轨控制系统提供快速原型和硬件在回路验证解决方案，仿真对象系统包括：卫星星载计算机、执行机构（反作用飞轮、推进系统、太阳能帆板、磁力矩器）、卫星姿态轨道动力学以及敏感器（地敏、太敏、陀螺、星敏）。

快速原型系统结构框图

硬件在环系统示意图

典型应用案例一：某商业航天公司姿轨控测试设备

本设备作为卫星动力学仿真机，包含下位机和上位机，其中上位机负责搭建实现卫星Simulink模型，并下载到下位机并进行数据显示、存储和转发；下位机运行卫星动力学仿真模型，产生敏感器数据传到系统总线并传输电激励信号给敏感器单机，同时采集执行机构单机数据并传输给动力学模型进行计算，从而进行卫星系统闭环控制；

模拟卫星地测设备，与真实卫星单机设备进行通信测试，验证姿轨控动力学模型。

通过便利的仿真、调试条件，便捷地进行数据采集、在线调参等工作，提高产品调试、排故的效率，缩短研制周期，及早识别和规避设计缺陷。

典型应用案例二：清华大学反作用飞轮（执行器）硬件在环

清华大学自研微小卫星等高精密航天探测器，使用Links-XIL平台主要完成姿轨控算法的快速原型验证。同时，在一些新型器件的上星前，进行硬件在环实验。如下图，平台接入了长春光机所的3个飞轮，通过模拟卫星全工况状态，验证飞轮在实际任务环境下的动态性能。

典型应用案例三：南京理工大学星载计算机硬件在环

客户以小型多星技术擅长，主要使用本平台对自研微纳卫星的星载计算机进行硬件在环实验。

典型应用四：西安电子科技大学——快速原型设计验证

本项目基于Links-XIL平台搭建卫星姿轨控算法快速原型验证平台，主要包括两台实时仿真机，星载计算机实时仿真机和交联环境实时仿真机。

星载计算机实时仿真机用来模拟卫星上的AOCC，实现卫星姿态控制和轨道控制；

交联环境实时仿真机用来模拟卫星姿态控的制执行机构、卫星动力学及敏感器典型控制回路。

综上所述，智能装备仿真测试一体化平台Links-XIL对于卫星姿轨控系统设计具有重要的价值，可以降低成本、缩短开发周期、提高设计精度、优化系统性能、评估风险和提高系统可靠性，为卫星姿轨控系统的设计和优化提供强有力的支持和保障。