[发明专利]一种软着陆避障模拟试验系统

摘要

一种软着陆避障模拟试验系统，包括六自由度运动模拟装置、高仿真月面模拟沙盘屏、GNC模拟计算机、敏感器与执行机构模拟接口箱、动力学仿真计算机、地面试验总控计算机。六自由度运动模拟装置模拟探测器的三轴转动和相对月面的三维平动运动。高仿真月面模拟沙盘屏模拟待着陆月面的地形地貌以及对敏感器的月面反射特性。GNC模拟计算机根据敏感器与执行机构模拟接口箱的输出以及着陆导航敏感器的测量信息进行制导、导航与控制计算，获得执行机构控制指令并送至动力学仿真计算机，进行轨道与姿态动力学计算和参数更新，生成六自由度运动参数用于驱动六自由度运动模拟装置。地面试验总控计算机负责整个试验系统的控制和数据管理。

主权项

一种软着陆避障模拟试验系统，其特征在于：包括六自由度运动模拟装置、高仿真月面模拟沙盘屏、GNC模拟计算机、敏感器与执行机构模拟接口箱、动力学仿真计算机、地面试验总控计算机，其中：六自由度运动模拟装置：包括三维平动运动装置和飞行转动平台，其中，三维平动运动装置包括床身、横梁和竖梁，床身由安装在地基上的、互相平行且呈水平状态的纵向导轨组成；横梁横跨在床身上并通过齿轮齿条在纵向导轨上作水平滑动，横梁上安装有横向水平导轨；竖梁垂直安装在横向水平导轨上并相对于横梁作水平运动，竖梁上安装有竖向导轨；飞行转动平台为三轴机械转台，所述的三轴机械转台活动安装在竖向导轨上，并且所述三轴机械转台负载盘上安装有着陆导航敏感器；高仿真月面模拟沙盘屏：对月球表面着陆区域的地貌特征和光学反射特性进行1：1的实物模拟，包括根据地形等高线图加工制作的模型，所述模型上涂覆有不同反射率的喷漆；动力学仿真计算机：试验初始发送星箭分离信号给敏感器与执行机构模拟接口箱，同时从地面试验总控计算机获取初始动力学参数，通过动力学解算，获取探测器的位置、速度、角度和角速度信息并驱动六自由度运动模拟装置运动，获取探测器本体的姿态角速度和比力信息、探测器相对月面的高度信息并送至敏感器与执行机构模拟接口箱；从敏感器与执行机构模拟接口箱获取推力指令，通过动力学解算，获取下一时刻探测器的位置、速度、角度和角速度信息并驱动六自由度运动模拟装置运动；敏感器与执行机构模拟接口箱：包括IMU模拟器、伽玛关机敏感器模拟器、执行机构模拟器和星箭分离模拟器，其中IMU模拟器根据所述的探测器本体的姿态角速度和比力信息，得到每个控制周期内探测器的角度增量和速度增量脉冲数并送至GNC模拟计算机；伽玛关机敏感器模拟器将所述探测器相对月面的高度信息与预设的高度阈值进行比较，当所述探测器相对月面的高度信息小于等于预设的高度阈值后，产生主发动机和姿控推力器关机信号并送至GNC模拟计算机；执行机构模拟器从GNC模拟计算机接收一个控制周期内的主发动机推力增量指令和姿控脉宽指令并作为推力指令发送给动力学仿真计算机；星箭分离模拟器接收所述星箭分离信号并产生触发信号送至GNC模拟计算机启动GNC计算；GNC模拟计算机：根据所述触发信号开始GNC计算；实时采集着陆导航敏感器输出的相对距离、速度、三维高程图像信息以及IMU模拟器输出的角度增量和速度增量脉冲数信息进行自主导航解算，获取一个控制周期内探测器的主发动机推力增量指令和姿控脉宽指令送至执行机构模拟器；根据所述主发动机和姿控推力器关机信号停止GNC计算；地面试验总控计算机：向动力学仿真计算机发送初始动力学参数，启动避障模拟试验；实时获取动力学仿真计算机的动力学计算结果、着陆导航敏感器的测量信息、GNC模拟计算机的GNC解算结果并进行存储和显示；当确认GNC模拟计算机停止GNC计算后，完成避障模拟试验。