[發明專利]行星探測捕獲制動與器器分離全物理仿真實驗裝置與方法

有效

• 申請號: 201910764524.0
• 申請日: 2019-08-19
• 公開（公告）號: CN110426968B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 馬廣程;張建新;夏紅偉;馬長波;李莉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發明提供了行星探測捕獲制動與器器分離全物理仿真實驗裝置與方法，屬于飛行器地面仿真領域。本發明地面監控與控制系統通過電纜與其他系統相連接，位置測量系統返回編碼器的數據到地面監控與控制系統，地面監控與控制系統發送伺服電機的控制指令到運動模擬系統；視覺測量系統中的相機控制器通過RS422串口與地面監控與控制系統進行通訊，傳輸運動模擬器的位置信息反饋；視覺測量系統通過線纜與模擬引力生成系統連接，視覺測量系統采集模擬引力生成系統上運動模擬器的圖像，運動模擬系統與模擬引力生成系統固定連接。本發明具有數學模擬不可比擬的優越性，會遇到不可預測問題，從而驗證控制算法的可靠性與魯棒性，提高工程實施的可靠性。

技術領域

本發明涉及行星探測捕獲制動與器器分離全物理仿真實驗裝置與方法，屬于飛行器地面仿真領域。

背景技術

隨著衛星技術的迅速發展，為了確保航天器在軌道上有效運行，航天器需要地面全物理仿真試驗。因此，地面模擬試驗系統的建設是空間技術發展的重要保證。數學仿真只能模擬深空環境對行星捕獲制動及環繞器和著陸器分離的影響，而不能有效地模擬安裝誤差、測量單機、大推力控制等因素帶來的影響，因此有必要通過地面全物理仿真試驗來分析軌道控制策略及算法的可行性，提高工程實施的可靠性。

發明專利(CN201310377060.0)“火星捕獲制動控制高保真仿真方法及裝置”中建立火星捕獲制動控制的動力學模型；根據所述動力學模型并采用非線性優化算法生成火星捕獲制動仿真系統,向火星捕獲制動仿真系統輸入第一參數,以獲取從所述火星捕獲制動仿真系統輸出的結果參數,所述第一參數包括：火星探測器進入火星影響球的速度、火星探測器質量、發動機參數以及目標軌道參數,所述結果參數包括：點火時刻、點火時長、制動前近火點半徑以及勻角速率。本發明能夠對在火星捕獲制動階段的火星探測器進行精確控制,結果參數的優化精度高于4％。發明專利“火星捕獲制動控制高保真仿真方法及裝置”中提到對于火星的捕獲制動都是采用仿真的方式進行，并沒有進行實際的物理驗證。

專利“火星捕獲段光學自主導航半物理仿真方法及系統”申請號為(CN201310377389.7)中提到軌道發生器模塊獲取火星探測器在火星J2000坐標系中的理論位置和理論速度,根據理論位置獲取火星的仿真圖像,并投影到屏幕上；光學系統導航模塊的相機電路通過一光學鏡頭對屏幕的投影進行采集以獲取火星的模擬圖像,圖像預處理單元使用Sobel算子對火星的模擬圖像進行邊緣檢測,圖像質心提取單元根據邊緣檢測的結果并使用最小二乘法獲取火星的模擬圖像的圓心；自主導航模塊獲取火星探測器的位置初始值和速度初始值,根據位置初始值、速度初始值和所述火星的模擬圖像的圓心,并使用UKF濾波方法獲取火星探測器的濾波解算位置和濾波解算速度。專利“火星捕獲段光學自主導航半物理仿真方法及系統”雖然實現了半物理仿真，但是對于火星引力對于實際的火星探測器運動軌跡的影響并未進行考慮。

本發明旨在建立一套在地面模擬行星引力影響下，探測器在引力作用的情況下，在考慮安裝誤差、測量單機、大推力控制等因素下，對于控制算法進行驗證。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術存在的問題，進而提供一種行星探測捕獲制動與器器分離全物理仿真實驗裝置與方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

行星探測捕獲制動與器器分離全物理仿真實驗裝置，所述行星探測捕獲制動與器器分離全物理仿真實驗裝置包括模擬引力生成系統、運動模擬系統、視覺測量系統、位置測量系統和地面監控與控制系統，

模擬引力生成系統包括工業控制計算機、ISA控制板卡、特制電磁機構驅動器和特制電磁機構；

運動模擬系統包括運動模擬器和電磁鐵，運動模擬器均由剛性儀表平臺、器載設備及相應的氣浮系統組成，其中器載設備包括姿態測量子系統、控制器和等效執行機構，剛性儀表平臺上放置有器載設備，姿態測量子系統由陀螺電機和加表組合構成，控制器由GNC單元和仿真計算機構成，等效執行機構包括冷氣推力器；