专利名称：一种基于光学和惯性组合测量的自主gnc仿真试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于光学和惯性组合测量的自主GNC仿真试验系统，属于深空航天器自主导航与控制物理仿真领域。
背景技术：
目前深空自主导航主要是采用天文导航的手段来实现，其基本原理是基于对导航天体的光学成像，通过计算估计出深空航天器的位置和速度信息。由于天文导航单纯依靠相对于天体的角度信息，定位精度较低难于满足深空探测发展的需要。光学和惯性组合测量在传统的光学敏感器基础上引入惯性器件，不仅能够测量航天器的位置信息还能够测量航天器的姿态信息，并且相对于传统的敏感器布局减少了航天器测量系统的安装误差和坐标转换计算误差，其次精确测量了相对于天体的角度信息，提高了航天器位置信息的测量精度。克服了单独使用光学导航的缺点，具备了导航精度高、可靠性高的优点。现有的自主导航与控制数学仿真方法已不能适应自主导航和控制方案地面仿真验证的需要，信号模拟全部采用数学模型生成，模拟的有效性和真实性难以保证，迫切需要具有敏感器硬件在回路、模拟精度高、工况真实的深空自主导航和控制地面试验验证系统。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种基于光学和惯性组合测量的自主GNC仿真试验系统，现对导航天体形状和大小以及恒星几何关系的模拟，深空航天器姿态运动的模拟，增强了深空航天器自主导航与控制技术地面仿真验证的真实性和可靠性。本发明的技术解决方案是—种基于光学和惯性组合测量的自主GNC仿真试验系统,包括一体化敏感器、动态天体及恒星模拟器、GNC�？椤⒍ρХ抡嬗牖肪衬Ｄ饽？�、无线电测速与测距模拟器、仿真总控�？楹腿嶙ǎ欢焯寮昂阈悄Ｄ馄魇迪值己教焯逍巫匆约昂阈侵浼负喂叵档哪Ｄ猓尴叩绮馑儆氩饩嗄Ｄ馄魇迪治尴叩绮饬啃藕诺哪Ｄ猓环抡孀芸啬？榉⑺椭噶罡焯寮昂阈悄Ｄ馄鳎焯寮昂阈悄Ｄ馄鹘邮盏街噶詈蠼械己教焯迥Ｄ夂秃阈悄Ｄ猓蝗嶙ㄊ迪趾教炱髯颂硕Ｄ�,仿真总控�？榉⑺椭噶罡嶙ǎ嶙ń邮盏街噶詈竽Ｄ夂教炱髯颂硕嶙ǖ慕嵌群徒撬俣刃畔⒎祷馗抡孀芸啬？椋灰惶寤舾衅靼沧霸谌嶙ㄉ希糜谑迪侄远焯寮昂阈悄Ｄ馄髂Ｄ獾牡己教焯宄上�、恒星星图成像以及本体系下航天器姿态角速度的测量，从而得到恒星星图、导航天体图像和航天器姿态角速度信息；GNC�？椴杉惶寤舾衅魇涑龅牡己教焯逋枷�、恒星星图和航天器姿态角速度信息，对采集到的恒星星图进行图像处理得到航天器的姿态角，对采集到的导航天体图像进行图像处理得到航天器的第一种位置和速度信息，仿真总控�？榉⑺椭噶罡尴叩绮馑儆氩饩嗄Ｄ馄鳎尴叩绮馑儆氩饩嗄Ｄ馄魇盏街噶詈蠼形尴叩绮饬啃藕诺哪Ｄ獠⒎⑺透鳪NC�？椋珿NC�？椴杉尴叩绮馑儆氩饩嗄Ｄ馄魇涑龅奈尴叩绮饬啃藕牛⒍愿眯藕沤写碇笠驳玫胶教炱鞯牡诙治恢煤退俣刃畔ⅲ缓蟾菔萑诤纤惴ń龅谝恢治恢煤退俣刃畔⒁约暗诙治恢煤退俣刃畔⒔惺萑诤洗恚玫饺诤虾蟮暮教炱魑恢煤退俣刃畔ⅲ珿NC模块根据所述航天器位置和速度信息以及预设的轨道控制策略产生控制指令，并将控制指令发送给动力学仿真与环境模拟�？椋欢ρХ抡嬗牖肪衬Ｄ饽？榻邮盏紾NC�？榈目刂浦噶詈螅猩羁蘸教炱鞯亩ρХ抡妫⒔抡娴慕峁⑺透抡孀芸啬？椋环抡孀芸啬？榻邮盏降暮教炱鞫ρХ抡娼峁牒教炱魑恢煤妥颂畔⒄媸抵到斜冉希玫降己娇刂凭�。所述一体化敏感器包括窄视场相机、宽视场相机和MEMS陀螺；宽视场相机用于对导航天体成像，窄视场相机用于对恒星星图成像，MEMS陀螺用于测量航天器的姿态信息。本发明与现有技术相比的有益效果是(I)本发明提出基于光学和惯性组合测量的自主GNC试验验证具有导航天体和太空星图模拟效果真实、实时性好、试验可操作性强，能够同时模拟导航天体光学图像、恒星几何关系、无线电测速和测距信号，形成自主GNC大闭环试验，实现集成光学与惯性组合测量的导航敏感器和无线电导航技术的深空航天器自主导航与控制方案仿真试验验证。(2)本发明把一体化敏感器引入到仿真试验系统中，采用三轴转台实现了航天器的姿态运动，采用动力学仿真与环境模拟�？榉抡媪松羁蘸教炱鞯亩ρ匦院涂占浠肪掣扇牛杂谏羁蘸教炱鞯亩ρШ屯獠炕肪程匦阅Ｄ庹媸悼煽�。
图1为本发明系统架构示意具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行进一步的详细描述。本发明提供了一种基于光学和惯性组合测量的自主GNC试验验证系统，实现对导航天体形状和大小以及恒星几何关系的模拟，深空航天器姿态运动的模拟，增强了深空航天器自主导航与控制技术地面仿真验证的真实性和可靠性。如图1所示为本发明的系统组成，包括一体化敏感器、动态天体及恒星模拟器、GNC模块、动力学仿真与环境模拟�？�、无线电测速与测距模拟器、仿真总控�？楹腿嶙ǎ欢焯寮昂阈悄Ｄ馄魇迪值己教焯逍巫匆约昂阈侵浼负喂叵档哪Ｄ猓尴叩绮馑儆氩饩嗄Ｄ馄魇迪治尴叩绮饬啃藕诺哪Ｄ猓环抡孀芸啬？榉⑺椭噶罡焯寮昂阈悄Ｄ馄鳎焯寮昂阈悄Ｄ馄鹘邮盏街噶詈蠼械己教焯迥Ｄ夂秃阈悄Ｄ猓蝗嶙ㄊ迪趾教炱髯颂硕Ｄ�,仿真总控�？榉⑺椭噶罡嶙ǎ嶙ń邮盏街噶詈竽Ｄ夂教炱髯颂硕嶙ǖ慕嵌群徒撬俣刃畔⒎祷馗抡孀芸啬？椋灰惶寤舾衅靼沧霸谌嶙ㄉ希糜谑迪侄远焯寮昂阈悄Ｄ馄髂Ｄ獾牡己教焯宄上瘛⒑阈切峭汲上褚约氨咎逑迪潞教炱髯颂撬俣鹊牟饬浚佣玫胶阈切峭�、导航天体图像和航天器姿态角速度信息；GNC�？椴杉惶寤舾衅魇涑龅牡己教焯逋枷�、恒星星图和航天器姿态角速度信息，对采集到的恒星星图进行图像处理得到航天器的姿态角，对采集到的导航天体图像进行图像处理得到航天器的第一种位置和速度信息，仿真总控模块发送指令给无线电测速与测距模拟器，无线电测速与测距模拟器收到指令后进行无线电测量信号的模拟并发送给GNC�？椋珿NC�？椴杉尴叩绮馑儆氩饩嗄Ｄ馄魇涑龅奈尴叩绮饬啃藕牛⒍愿眯藕沤写碇笠驳玫胶教炱鞯牡诙治恢煤退俣刃畔ⅲ缓蟾菔萑诤纤惴ń龅谝恢治恢煤退俣刃畔⒁约暗诙治恢煤退俣刃畔⒔惺萑诤洗恚玫饺诤虾蟮暮教炱魑恢煤退俣刃畔ⅲ珿NC模块根据所述航天器位置和速度信息以及预设的轨道控制策略产生控制指令，并将控制指令发送给动力学仿真与环境模拟�？椋欢ρХ抡嬗牖肪衬Ｄ饽？榻邮盏紾NC�？榈目刂浦噶詈螅猩羁蘸教炱鞯亩ρХ抡妫⒔抡娴慕峁⑺透抡孀芸啬？椋环抡孀芸啬？榻邮盏降暮教炱鞫ρХ抡娼峁牒教炱魑恢煤妥颂畔⒄媸抵到斜冉希玫降己娇刂凭�。本发明中动态天体及恒星模拟器由动态小天体全视场模拟器，动态恒星模拟器主要由可变星相分布甚高精密靶标和可变星等弱目标模拟照明系统两部分组成。本发明中无线电测速与测距模拟器根据仿真总控�？榈闹噶钍迪植煌嗬牒筒煌俣鹊奈尴叩绮饩嗪筒馑傩藕拍Ｄ猓芄皇迪指呔任尴叩绲酱锸奔淠Ｄ�。本发明中的三轴转台主要是根据仿真总控�？榈闹噶钕率迪治佬亲颂硕Ｄ猓嶙ㄓ赏饣�、中环、内环轴组成，一体化敏感器安装在三轴转台的内环轴上。—体化敏感器包括窄视场相机、宽视场相机和MEMS陀螺；宽视场相机用于对导航天体成像，窄视场相机用于对恒星星图成像，MEMS陀螺用于测量航天器的姿态信息。本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
权利要求
1.一种基于光学和惯性组合测量的自主GNC仿真试验系统，其特征在于包括一体化敏感器、动态天体及恒星模拟器、GNC模块、动力学仿真与环境模拟模块、无线电测速与测距模拟器、仿真总控�？楹腿嶙ǎ欢焯寮昂阈悄Ｄ馄魇迪值己教焯逍巫匆约昂阈侵浼负喂叵档哪Ｄ猓尴叩绮馑儆氩饩嗄Ｄ馄魇迪治尴叩绮饬啃藕诺哪Ｄ猓环抡孀芸啬？榉⑺椭噶罡焯寮昂阈悄Ｄ馄鳎焯寮昂阈悄Ｄ馄鹘邮盏街噶詈蠼械己教焯迥Ｄ夂秃阈悄Ｄ猓蝗嶙ㄊ迪趾教炱髯颂硕Ｄ猓抡孀芸啬？榉⑺椭噶罡嶙ǎ嶙ń邮盏街噶詈竽Ｄ夂教炱髯颂硕嶙ǖ慕嵌群徒撬俣刃畔⒎祷馗抡孀芸啬？椋灰惶寤舾衅靼沧霸谌嶙ㄉ希糜谑迪侄远焯寮昂阈悄Ｄ馄髂Ｄ獾牡己教焯宄上�、恒星星图成像以及本体系下航天器姿态角速度的测量，从而得到恒星星图、导航天体图像和航天器姿态角速度信息；GNC�？椴杉惶寤舾衅魇涑龅牡己教焯逋枷�、恒星星图和航天器姿态角速度信息，对采集到的恒星星图进行图像处理得到航天器的姿态角，对采集到的导航天体图像进行图像处理得到航天器的第一种位置和速度信息，仿真总控�？榉⑺椭噶罡尴叩绮馑儆氩饩嗄Ｄ馄鳎尴叩绮馑儆氩饩嗄Ｄ馄魇盏街噶詈蠼形尴叩绮饬啃藕诺哪Ｄ獠⒎⑺透鳪NC�？椋珿NC�？椴杉尴叩绮馑儆氩饩嗄Ｄ馄魇涑龅奈尴叩绮饬啃藕牛⒍愿眯藕沤写碇笠驳玫胶教炱鞯牡诙治恢煤退俣刃畔ⅲ缓蟾菔萑诤纤惴ń龅谝恢治恢煤退俣刃畔⒁约暗诙治恢煤退俣刃畔⒔惺萑诤洗恚玫饺诤虾蟮暮教炱魑恢煤退俣刃畔ⅲ珿NC�？楦菟龊教炱魑恢煤退俣刃畔⒁约霸ど璧墓斓揽刂撇呗圆刂浦噶睿⒔刂浦噶罘⑺透ρХ抡嬗牖肪衬Ｄ饽？椋欢ρХ抡嬗牖肪衬Ｄ饽？榻邮盏紾NC�？榈目刂浦噶詈螅猩羁蘸教炱鞯亩ρХ抡妫⒔抡娴慕峁⑺透抡孀芸啬？椋环抡孀芸啬？榻邮盏降暮教炱鞫ρХ抡娼峁牒教炱魑恢煤妥颂畔⒄媸抵到斜冉希玫降己娇刂凭取�
2.根据权利要求1所述的一种基于光学和惯性组合测量的自主GNC仿真试验系统，其特征在于所述一体化敏感器包括窄视场相机、宽视场相机和MEMS陀螺；宽视场相机用于对导航天体成像，窄视场相机用于对恒星星图成像，MEMS陀螺用于测量航天器的姿态信息。
全文摘要
一种基于光学和惯性组合测量的自主GNC仿真试验系统，包括一体化敏感器、动态天体及恒星模拟器、GNC�？�、动力学仿真与环境模拟�？椤⑽尴叩绮馑儆氩饩嗄Ｄ馄�、仿真总控�？楹腿嶙�。本发明把一体化敏感器引入到仿真试验系统中，采用三轴转台实现了航天器的姿态运动，采用动力学仿真与环境模拟�？榉抡媪松羁蘸教炱鞯亩ρ匦院涂占浠肪掣扇牛杂谏羁蘸教炱鞯亩ρШ屯獠炕肪程匦阅Ｄ庹媸悼煽�。
文档编号G01C25/00GK102997935SQ20121050469
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者黄翔宇, 唐强, 王大轶, 朱志斌, 褚永辉, 张晓文 申请人:北京控制工程研究所
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
