[發明專利]組合自主導航系統的地面半物理仿真平臺

有效

• 申請號: 201510244592.6
• 申請日: 2015-05-14
• 公開（公告）號: CN104865846B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 賀威;唐鵬;汪梁;唐忠樑;付奎;彭慧
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02;G01C25/00;G01C21/24
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于深空探測技術領域，更為具體地講，涉及一種組合自主導航系統的地面半物理仿真平臺。

背景技術

深空探測飛行由于距離遠、背景環境復雜、飛行程序復雜、器地通信時延大等原因，要求飛行器能夠實現自主導航，因此自主導航能力對任務的完成至關重要。在導航方法和理論的研究和設計過程中，對飛行器導航系統進行性能評估和驗證是一個非常重要的環節。而真實飛行器平臺建造時間長，成本高，實現結構復雜，為了對組合自主導航系統進行檢測評估，因此必須進行模擬測試。

目前的模擬測試的方法分為軟件模擬和半物理模擬。軟件模擬中的飛行器參數和深空環境參數都是人為設置的，對實際情況的模擬具有較大局限性。半物理模擬能夠利用各器件的真實誤差特性進行仿真，較純粹的軟件模擬能夠更加貼近實際情況，得到更加精確的仿真結果。但是目前的半物理模擬方法大多是采用若干個計算機對組合自主導航系統的各個模塊進行軟件模擬，仿真模擬程度不高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種組合自主導航系統的地面半物理仿真平臺，提高對深空探測飛行環境的模擬精度，從而提高對組合自主導航系統定位、定速能力的評估準確度。

為實現上述發明目的，本發明組合自主導航系統的地面半物理仿真平臺，包括：模擬天體、軌道、巡跡小車和上位機，其中：

模擬天體的數量根據實際情況設置，至少為兩個，模擬天體在平面場地內固定放置，其位置要求為：巡跡小車在沿軌道運動過程中，始終至少有兩個模擬天體位于巡跡小車上搭載的攝像頭導航模塊的視場內；模擬天體之間根據顏色或形狀區分，每個模擬天體上設置有多普勒波源模塊，多普勒波源的頻率根據從上位機接收的波源參數設置信號進行設置；

軌道鋪設在平面場地內，其軌跡根據實際需要設置；

巡跡小車上搭載有多普勒導航模塊、攝像頭導航模塊、巡跡控制模塊、處理器模塊和通信模塊，其中：

多普勒導航模塊在巡跡小車運動過程中接收模擬天體波源所發出的信號，根據多普勒效應計算巡跡小車相對于各個模擬天體的速度，發送給處理器模塊；

攝像頭導航模塊的視線方向與巡跡小車的運動方向相同，在巡跡小車運動過程中持續拍攝模擬天體的圖像，對圖像中的模擬天體進行識別，根據模擬天體圖像在圖像中的位置，計算巡跡小車當前在平面場地中的與模擬天體位置的幾何角度，發送給處理器模塊；

巡跡控制模塊對軌道進行路徑識別，控制巡跡小車的速度和運動方向，使巡跡小車按照預設速度沿軌道行駛；

處理器模塊接收多普勒導航模塊發送的速度信息和攝像頭導航模塊發送的角度信息，根據存儲的模擬天體在平面場地中的坐標，調用組合自主導航算法計算巡跡小車的坐標，并將速度信息、角度信息和坐標信息一起發送給通信模塊；

通信模塊接收處理器模塊發送的巡跡小車的速度信息、角度信息和坐標信息，上傳至上位機；

上位機接收設置的波源頻率信息，生成波源參數設置信號發送給模塊天體上的多普勒波源模塊；接收巡跡小車的速度信息、角度信息和坐標信息進行顯示，并根據坐標信息擬合得到巡跡小車的軌跡，通過對比該軌跡與軌道的實際軌跡的相似度，判斷得到組合自主導航算法的性能。

本發明組合自主導航系統的地面半物理仿真平臺，在平面場地內設置模擬天體和軌道，模塊天體上設置有多普勒波源，巡跡小車模擬飛行器以預設速度沿軌道運動，在運動過程中由巡跡小車上搭載的多普勒導航模塊和攝像頭導航模塊分別模擬紅移測速導航系統和天文測角導航系統，得到巡跡小車的速度和與模擬天體的角度，再由巡跡小車上的處理器模塊計算得到巡跡小車的坐標并上傳至上位機，上位機根據坐標信息擬合得到巡跡小車的軌跡，再與軌道的實際軌跡進行對比，通過該軌跡與軌道的實際軌跡的相似度來判斷得到組合自主導航算法的性能。本發明通過巡跡小車的運動模擬了飛行器的飛行過程，相對于現有的軟件模擬和以計算機為主的半物理模擬，其仿真程度更高，提高了對深空探測飛行環境的模擬精度，從而提高對組合自主導航系統定位、定速能力的評估準確度。

附圖說明

圖1是本發明組合自主導航系統的地面半物理仿真平臺的結構圖；

圖2是巡跡小車的結構示意圖；

圖3是巡跡小車與模擬天體角度計算的原理示意圖；

圖4是攝像頭導航模塊的結構示意圖；

圖5是巡跡控制模塊的結構示意圖；

圖6是組合自主導航系統的地面半物理仿真平臺的示例圖。

具體實施方式