[发明专利]空间飞行器交会对接多自由度半物理仿真方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及仿真技术，具体说就是对空间交会对接中远段追踪飞行器和目标飞行器相对运动及控制方法的半物理仿真方法及其装置。 

背景技术

空间飞行器交会对接技术复杂，由于所处环境特殊，需要保证其可靠性和精度，因此必须在地面进行仿真。尽管自上世纪60年代以来，各国纷纷建立各自的空间交会对接仿真系统，但目前针对中远段的仿真方法的研究不多见。但中远段的结果直接关系最终交会对接结果，因此针对中远段的仿真方法的研究具有重要的实际意义和应用价值。 

经检索文献发现，中国发明专利申请号：200910243276.1，专利名称人控交会对接半物理仿真试验系统，该发明采用三自由度转台模拟目标飞行器的运动，而本发明采用一个三自由度转台和一个三自由度平动运动模拟器共同模拟目标飞行器的运动。两个飞行器在真实空间中有十二自由度，而原发明还在采用九自由度的设计进行模拟仿真，所以原发明对空间交会对接的模拟程度不高，精度受限。并且该发明采用激光交会雷达适合的测量距离最小在50米，因此应用场合受到很大限制。本发明采用视觉导航相机和激光测距仪的传感器替代激光交会雷达，提高了测量仿真的精度和应用范围。 

中国发明专利申请号：200910243277.6，专利名称为一种人控交会对接操作方法，该专利主要设计了一种交会对接试验中，实验人员的操作方法，主要是针对人员训练使用，不是本发明所涉及的仿真测试方法，二者不是同一类发明。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种多自由度空间飞行器交会对接半物理仿真方法及其装置。 

本发明的装置是这样实现的：一种空间飞行器交会对接多自由度半物理仿真装置，包括床身、横梁、竖梁、三轴转台、运动模拟装置控制器、GNC系统和测量系统，床身安装于地基上，横梁置于床身的导轨上，竖梁安装在横梁的导轨上，三轴转台安装于竖梁导轨上，运动模拟装置控制器、GNC系统与测量系统置于系统旁边。 

本发明的方法为：基于相似定理和缩比准则，根据飞行器实际飞行范围确定仿真装置的有效行程，假定缩比参数为k，根据飞行器实际飞行情况，假设飞行器真实最大速度、加速度、角速度与角加速度分别为v_max，a_max，ω_max，α_max，则确定仿真装置的最大速度、加速度、角速度与角加速度为k·v_max，k·a_max，ω_max，α_max。 

本发明的有益效果是：应用范围广、结构简单、多自由度。 

附图说明

图1为在坐标系中对相应角度的说明图； 

图2为地面实验系统原理框图； 

图3为采用横梁架于地面结构的示意图。 

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明： 

实施例1 

结合图1，本例主要为了说明系统建立动力学模型的过程，对系统建模后，可以明确飞行模拟器运动时的受力，并且人为施加该力，对飞行器在空间中的真实情况进行模拟。另外，在对仿真系统的执行机构指标的计算过程中，也需要应用到系统的动力学模型。 

根据空间动力学原理对交会对接系统进行建模，得到空间交会对接动力学模型：