[發明專利]深空探測小天體附著過程的自主GNC半物理仿真試驗系統

有效

• 申請號: 201210504611.0
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103018066A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 唐強;王大軼;黃翔宇;朱志斌;張曉文
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及深空探測小天體附著過程的自主GNC半物理仿真試驗系統，屬于深空探測小天體附著過程自主GNC半物理仿真領域。

背景技術

小天體探測是深空探測中的一個重要研究領域，小天體探測是指通過發射航天器攜帶各類科學探測儀器近距離飛越、繞軌道運行、撞擊、附著著陸小天體等方式對小天體進行觀測研究，獲取小天體形狀、大小、質量、質量分布、重力、磁場、自轉率、化學成分和主要礦物分布特性等信息。小天體探測是人類探索太陽系起源及演化過程，研究近地小天體撞擊地球的潛在危險的重要手段。

附著小天體是指航天器在導航系統的引導下，通過推進系統的減速和姿態控制系統的調整，讓航天器以一定相對速度和姿態在預計的著陸區域接觸小天體。小天體航天器附著自主GNC技術主要考慮小天體的弱引力、大溫差、形狀不規則和表層土壤不明確的特點。開展小天體附著自主導航和控制關鍵技術的研究，并進行可行的地面物理仿真試驗驗證，是我國未來實施小天體探測工程乃至深空探測計劃的迫切需要。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了深空探測小天體附著過程的自主GNC半物理仿真試驗系統，實現了對附著小天體形狀和表層地貌特性以及小天體弱引力的模擬，提高了深空探測小天體附著過程的自主導航與控制技術地面半物理仿真驗證的真實性和可靠性。

本發明的技術解決方案是：

深空探測小天體附著過程的自主GNC半物理仿真試驗系統，包括：平臺、導航、制導與控制模塊、弱引力模擬器、氣浮臺、光纖陀螺、小天體地形模擬器、光學相機、激光測距儀和仿真總控模塊；光纖陀螺、光學相機和激光測距儀安裝在氣浮臺上；

光學相機實現對小天體地形模擬器的光學成像，激光測距儀實現航天器相對小天體的距離測量，弱引力模擬器實現小天體對航天器的弱引力模擬，小天體地形模擬器實現小天體的地形地貌特征模擬，平臺是氣浮臺模擬航天器軌道和姿態運動的水平運動基面，氣浮臺實現對航天器質量特性的模擬；小天體地形模擬器固定于平臺上；

仿真總控模塊發送弱引力模擬指令給弱引力模擬器，弱引力模擬器收到指令后驅動弱引力模擬器中的超導線圈實現小天體弱引力模擬，仿真總控模塊同時還發送指令給導航、制導與控制模塊，導航、制導與控制模塊接收到指令后控制光纖陀螺、光學相機和激光測距儀工作，光纖陀螺提供氣浮臺姿態信息，光學相機提供氣浮臺相對小天體地形模擬器的相對姿態信息，激光測距儀提供氣浮臺相對小天體地形模擬器的相對位置信息；

導航、制導與控制模塊根據光纖陀螺、光學相機和激光測距儀提供的測量結果計算氣浮臺導引律，之后再根據所述氣浮臺導引律生成相應的控制律用于驅動氣浮臺在平臺上移動接近附著點，并將氣浮臺的位置信息和姿態信息的提供給仿真總控模塊。

所述導航、制導與控制模塊根據光纖陀螺、光學相機和激光測距儀提供的測量結果計算氣浮臺導引律時采用比例導引律算法實現。

所述平臺的每平米承載能力大于5t。

所述平臺采用花崗石平臺。

所述平臺每平方米的傾角小于2角秒。

本發明與現有技術相比的有益效果是：

(1)本發明提出深空探測小天體附著過程的一種自主GNC半物理仿真試驗系統具有小天體模擬效果真實、實時性好、試驗可操作性強，能夠同時模擬小天體地形地貌特征、小天體弱引力，實現小天體自主導航與控制技術地面仿真試驗驗證。

(2)本發明采用氣浮臺模擬小天體航天器的質量特性、引入真實的敏感器、弱引力模擬器到試驗系統中，對于小天體航天器的真實工況充分的模擬。具備小天體自主導航、制導與控制技術精度驗證功能。

附圖說明

圖1為本發明系統架構示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行進一步的詳細描述。

本發明提供了深空探測小天體附著過程的自主GNC(導航、制導與控制)半物理仿真試驗系統，實現了對小天體航天器質量特性、小天體地形地貌特征和小天體弱引力的真實模擬。

如圖1所示為本發明的系統組成，主要有以下模塊組成：平臺、導航、制導與控制模塊、弱引力模擬器、氣浮臺、光纖陀螺、小天體地形模擬器、光學相機、激光測距儀和仿真總控模塊；光纖陀螺、光學相機和激光測距儀安裝在氣浮臺上。平臺的每平米承載能力大于5t，每平方米的傾角小于2角秒，本發明采用花崗石制作臺面，可以達到上述要求。