[发明专利]深空探测接近过程的光学成像自主导航半物理仿真试验系统

摘要

一种深空探测接近过程的光学成像自主导航半物理仿真试验系统，导航敏感器安装在转台上与天体模拟器对接，星敏感器与动态恒星模拟器对接，姿态轨道仿真器生成深空探测器基准姿态和轨道数据并发送到控制计算机和导航计算机，控制计算机驱动天体模拟器、动态恒星模拟器及转台运动，天体模拟器模拟深空探测器和目标天体的位置变化，动态恒星模拟器模拟深空探测器惯性姿态变化，转台模拟深空探测器姿态扰动，导航计算机采集导航敏感器和星敏感器测量数据，进行导航滤波计算，最后与基准数据比对得到自主导航精度。本发明实现了硬件在回路内的基于敏感器真实测量数据的半物理仿真试验，可以有效地在地面验证深空探测接近过程的光学成像自主导航系统的性能。

主权项

一种深空探测接近过程的光学成像自主导航半物理仿真试验系统，其特征在于：它包括导航敏感器、星敏感器、天体模拟器、动态恒星模拟器、三轴机械转台、姿态轨道仿真器、导航计算机和控制计算机；导航敏感器安装在三轴机械转台上，通过第一遮光罩与天体模拟器对接，星敏感器通过第二遮光罩与动态恒星模拟器对接，遮光罩用来避免实验室杂光干扰；姿态轨道仿真器分别与导航计算和控制计算机连接，导航计算机分别与导航敏感器和星敏感器连接，控制计算机分别与天体模拟器、动态恒星模拟器和三轴机械转台连接；姿态轨道仿真器根据深空探测器接近过程的动力学模型，产生基准姿态和轨道数据，将基准数据分别发送到控制计算机和导航计算机；所述姿态数据包括姿态角和姿态角速度，所述轨道数据包括深空探测器在目标天体惯性坐标系的位置矢量和速度矢量；控制计算机根据深空探测器的轨道数据计算出导航敏感器视场内目标天体的大小特征参数，并将导航敏感器视场内目标天体的大小特征参数发送到天体模拟器；控制计算机根据深空探测器的姿态和轨道数据、恒星星表计算出背景恒星的亮度及在星敏感器视场内的恒星几何关系光学特征参数，并将背景恒星的亮度及星敏感器视场内的恒星几何关系光学特征参数发送到动态恒星模拟器；控制计算机根据深空探测器的姿态和轨道数据生成姿态角和姿态角速度参数，并将姿态角和姿态角速度参数发送到三轴机械转台；天体模拟器通过目标天体的大小变化来模拟深空探测器和目标天体之间的位置变化；恒星模拟器通过背景恒星亮度及恒星几何关系来模拟深空探测器相对惯性空间的姿态变化；三轴机械转台通过转动来模拟深空探测器平台的姿态扰动；导航敏感器对天体模拟器进行光学成像，得到目标天体方向矢量和目标天体视半径；星敏感器对动态恒星模拟器进行光学成像，得到深空探测器惯性姿态；导航计算机采集导航敏感器和星敏感器的测量数据，进行导航滤波计算，得到深空探测器的位置估计值和速度估计值，最后与基准数据比对得到导航精度。