[发明专利]行星探测捕获制动与器器分离全物理仿真实验装置与方法

说明书

本发明提供了行星探测捕获制动与器器分离全物理仿真实验装置与方法，属于飞行器地面仿真领域。本发明地面监控与控制系统通过电缆与其他系统相连接，位置测量系统返回编码器的数据到地面监控与控制系统，地面监控与控制系统发送伺服电机的控制指令到运动模拟系统；视觉测量系统中的相机控制器通过RS422串口与地面监控与控制系统进行通讯，传输运动模拟器的位置信息反馈；视觉测量系统通过线缆与模拟引力生成系统连接，视觉测量系统采集模拟引力生成系统上运动模拟器的图像，运动模拟系统与模拟引力生成系统固定连接。本发明具有数学模拟不可比拟的优越性，会遇到不可预测问题，从而验证控制算法的可靠性与鲁棒性，提高工程实施的可靠性。

技术领域

本发明涉及行星探测捕获制动与器器分离全物理仿真实验装置与方法，属于飞行器地面仿真领域。

背景技术

随着卫星技术的迅速发展，为了确保航天器在轨道上有效运行，航天器需要地面全物理仿真试验。因此，地面模拟试验系统的建设是空间技术发展的重要保证。数学仿真只能模拟深空环境对行星捕获制动及环绕器和着陆器分离的影响，而不能有效地模拟安装误差、测量单机、大推力控制等因素带来的影响，因此有必要通过地面全物理仿真试验来分析轨道控制策略及算法的可行性，提高工程实施的可靠性。

发明专利(CN201310377060.0)“火星捕获制动控制高保真仿真方法及装置”中建立火星捕获制动控制的动力学模型；根据所述动力学模型并采用非线性优化算法生成火星捕获制动仿真系统,向火星捕获制动仿真系统输入第一参数,以获取从所述火星捕获制动仿真系统输出的结果参数,所述第一参数包括：火星探测器进入火星影响球的速度、火星探测器质量、发动机参数以及目标轨道参数,所述结果参数包括：点火时刻、点火时长、制动前近火点半径以及匀角速率。本发明能够对在火星捕获制动阶段的火星探测器进行精确控制,结果参数的优化精度高于4％。发明专利“火星捕获制动控制高保真仿真方法及装置”中提到对于火星的捕获制动都是采用仿真的方式进行，并没有进行实际的物理验证。

专利“火星捕获段光学自主导航半物理仿真方法及系统”申请号为(CN201310377389.7)中提到轨道发生器模块获取火星探测器在火星J2000坐标系中的理论位置和理论速度,根据理论位置获取火星的仿真图像,并投影到屏幕上；光学系统导航模块的相机电路通过一光学镜头对屏幕的投影进行采集以获取火星的模拟图像,图像预处理单元使用Sobel算子对火星的模拟图像进行边缘检测,图像质心提取单元根据边缘检测的结果并使用最小二乘法获取火星的模拟图像的圆心；自主导航模块获取火星探测器的位置初始值和速度初始值,根据位置初始值、速度初始值和所述火星的模拟图像的圆心,并使用UKF滤波方法获取火星探测器的滤波解算位置和滤波解算速度。专利“火星捕获段光学自主导航半物理仿真方法及系统”虽然实现了半物理仿真，但是对于火星引力对于实际的火星探测器运动轨迹的影响并未进行考虑。

本发明旨在建立一套在地面模拟行星引力影响下，探测器在引力作用的情况下，在考虑安装误差、测量单机、大推力控制等因素下，对于控制算法进行验证。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种行星探测捕获制动与器器分离全物理仿真实验装置与方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

行星探测捕获制动与器器分离全物理仿真实验装置，所述行星探测捕获制动与器器分离全物理仿真实验装置包括模拟引力生成系统、运动模拟系统、视觉测量系统、位置测量系统和地面监控与控制系统，

模拟引力生成系统包括工业控制计算机、ISA控制板卡、特制电磁机构驱动器和特制电磁机构；

运动模拟系统包括运动模拟器和电磁铁，运动模拟器均由刚性仪表平台、器载设备及相应的气浮系统组成，其中器载设备包括姿态测量子系统、控制器和等效执行机构，刚性仪表平台上放置有器载设备，姿态测量子系统由陀螺电机和加表组合构成，控制器由GNC单元和仿真计算机构成，等效执行机构包括冷气推力器；