MATLAB und Simulink bieten Luft- und Raumfahrtingenieuren Funktionen, die den Entwicklungsprozess beschleunigen und die Kommunikation zwischen Teams verbessern. Sie können MATLAB und Simulink für folgende Zwecke verwenden:
- Durchführung einer anforderungsbasierten Missionsvalidierung in der Zeitdomäne
- Ausführung von Monte-Carlo-Simulationen auf Systemebene mithilfe von Raumfahrzeugmodellen aus mehreren Disziplinen
- Erstellung von Vergleichsstudien zur Dimensionierung und Komponentenauswahl für Raumfahrzeuge
- Analyse der Telemetrie- und Nutzlastdaten von Raumfahrzeugen
- Entwurf detaillierter Algorithmen für Leit-, Navigations- und Steuerungssysteme (Guidance, Navigation & Control, GNC)
- Modellierung photovoltaischer Energie-Subsysteme und Entwurf von Komponenten für die Leistungselektronik
- Analyse von HF- und digitalen Kommunikations-Subsystemen und Bereitstellung der Algorithmen in FPGAs
- Generierung von integriertem C und C++ Code gemäß Raumfahrtstandards
- Durchführung der Softwareverifizierung und -validierung von Flügen
„Mit MATLAB konnte unser Team die Entwicklung und das Debugging hochgenauer OpNav-Algorithmen beschleunigen. Bei der OSIRIS-REx-Mission waren beispielsweise die Algorithmen zum Finden des Zentrums bis auf 30 cm genau, das entspricht etwa 0,06% des Asteroidendurchmessers – stellten also die Vorhersagegenauigkeit des Betriebskonzepts zur Missionsnavigation weit in den Schatten.“
Model-Based Design für Regelungssysteme in der Raumfahrt
Informieren Sie sich über den optimalen Einstieg und die Rationalisierung von Anforderungserfassung, Entwurf, Implementierung und Tests.
Whitepaper lesenEinsatz von MATLAB und Simulink bei Raumfahrtsystemen
Leit-, Navigations- und Steuerungssysteme (Guidance, Navigation & Control, GNC)
Mithilfe von MATLAB und Simulink können Sie Ihre Regelungsalgorithmen vor der Implementierung mit Regelstreckenmodellen testen, um komplexe Entwürfe ohne Einsatz teurer Prototypen zu erhalten. Sie können beim Entwurf mehrere physische Konfigurationen berücksichtigen, beispielsweise die Architektur des gemeinsamen Busses eines Satellitenentwurfs. In einer zentralen Umgebung können Sie Folgendes erarbeiten:
- Aufbau und gemeinsame Nutzung von GNC-Modellen
- Integration und Simulation der Auswirkungen von regelungstechnischen und mechanischen Entwurfsänderungen auf Systemebene
- Wiederverwendung automatisch generierter Flugcodes und Testfälle
- Integration neuer Entwürfe in bestehende Entwürfe und Tools
Energiesysteme
Mit MATLAB und Simulink können Sie Aufgaben wie das Ausführen von Simulationen zur Leistungsprofilanalyse einer Mission durchführen, die Systemauswirkungen alternder Batterien vorhersagen und elektrische Bauteile wie DC-DC-Wandler im Detail entwerfen.
MATLAB und Simulink ermöglichen Ihnen die zügige Modellierung elektrischer Bauteile und Systeme, beispielsweise Solaranlagen und Spannungsregler, mithilfe der bereitgestellten oder je nach Entwurf individuell erstellten Blöcke. Sie können dann Ihr Modell simulieren, um die zugrundeliegenden komplexen Gleichungssysteme ohne maschinennahe Codierung zu lösen, und die Ergebnisse umgehend visualisieren. Außerdem lassen sich Wärme- und Lageauswirkungen in Ihre Modelle einbeziehen, um eine Mehrdomänen-Simulation in einer einzelnen Umgebung durchzuführen.
Kommunikationssysteme
Sie können MATLAB und Simulink als gemeinsame Entwurfsumgebung verwenden, in der Sie Systeme zur Raumfahrtkommunikation entwickeln, analysieren und implementieren können. Es lassen sich Satellitenbahnen modellieren und visualisieren, Verbindungen analysieren und Zugriffsberechnungen durchführen. Mithilfe von MATLAB und Simulink erstellen Sie Prototypen von Elementen ganzer Signalketten, darunter HF-, Antennen- und digitale Elemente, und kombinieren die Arbeit mehrerer Teams als ein auf Systemebene ausführbares Modell.
Sie können Mängel auf Systemebene ergründen und „Was-wäre-wenn“-Szenarien untersuchen, die sich im Labor nur schwer darstellen lassen. Mit zunehmender Reife des Entwurfs können Sie automatisch C Code für Embedded-Prozessoren oder HDL Code für FPGAs generieren.
Systemtechnik
System Composer ermöglicht Ihnen die Erstellung von Raumfahrt- und Bodensystemarchitekturen, das Festlegen von Schnittstellen und das Erstellen von Vergleichsstudien zur Auswertung Ihrer Entwürfe. Sie können zwischen Anforderungs- und Architekturebenen nachverfolgen und Anforderungszuweisungen vornehmen.
Ausführbare Modelle können mit MATLAB und Simulink in die Architektur eingefügt werden, um Satelliten- und Konstellationsbahnen zu propagieren und zu visualisieren sowie eine Missionsanalyse durchzuführen, wie beispielsweise die Berechnung des Sichtlinienzugangs. Außerdem können Sie die Genauigkeit der zugrundeliegenden Systemverhalten mit ausführbaren Mehrdomänen-Modellen für Raumfahrzeug- und Bodensysteme erhöhen, um Anforderungen zu verifizieren und zu validieren, um weitere Erkenntnisse über das Verhalten und die Leistung auf Systemebene zu gewinnen, für die statische Analysen alleine nicht ausreichen.
Mit dem Fortschreiten des Systementwurfs können Sie das Architekturmodell weiter verfeinern, indem Sie Anforderungen auf Testfälle abbilden und bei Ausführung der Testfälle automatisch die Anforderungsabdeckung messen. Mit System Composer können Sie zwischen Anforderungs- und Architekturebenen nachverfolgen, die detaillierte Implementierung der Anforderungen im Entwurf überwachen und die Anforderungen im automatisch generierten Quellcode erfassen. Außerdem lassen sich Berichte zur Entwurfsdokumentation und für Tests individuell und automatisch erstellen.
Software-Engineering in der Raumfahrt
Mit MATLAB und Simulink können Sie Entwurfsabläufe automatisieren und dabei verschiedene Raumfahrtstandards einhalten. C und C++ Code können automatisch aus Ihren Modellen generiert und getestet werden, um sowohl Regelstrecken als auch Flugsoftware zu modellieren. In jedem Schritt lassen sich Softwareberichte und -artefakte generieren, darunter Entwurfsdokumente, Metriken und Anforderungen.
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