專利名稱：一種基于信息融合的星際自主導(dǎo)航地面試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于信息融合的星際自主導(dǎo)航地面試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，屬于星際自主導(dǎo)航物理仿真領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
星際導(dǎo)航是通過傳感器確定航天器的軌道信息，現(xiàn)有航天器的導(dǎo)航大多是依靠地面設(shè)備完成的。隨著航天器星際探索發(fā)展的需要，單純依靠地面站測(cè)控定軌的傳統(tǒng)導(dǎo)航方式，將不可避免的面臨天地通信鏈路容量不足，測(cè)量距離有限等問題，星際自主導(dǎo)航技術(shù)因此受到廣泛的關(guān)注。星際自主導(dǎo)航技術(shù)利用航天器上的測(cè)量設(shè)備實(shí)時(shí)地確定航天器自身的位置和速度。主要包括慣性導(dǎo)航和天文導(dǎo)航，慣性導(dǎo)航具有短時(shí)精度高、連續(xù)輸出、完全自主等優(yōu)點(diǎn)，但是由于其誤差隨時(shí)間積累需要修正不能用于星際導(dǎo)航，因此星際導(dǎo)航主要采用天文導(dǎo)航。天文導(dǎo)航采用利用恒星、行星確定航天器，通過導(dǎo)航相機(jī)和X射線探測(cè)器來確定航天器的位置和速度信息。采用自主光學(xué)導(dǎo)航技術(shù)和脈沖星導(dǎo)航技術(shù)相融合的方案，克服了單獨(dú)使用光學(xué)導(dǎo)航和脈沖星導(dǎo)航的缺點(diǎn)，具備了導(dǎo)航精度高、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有的導(dǎo)航數(shù)學(xué)仿真方法已不能適應(yīng)自主導(dǎo)航技術(shù)地面仿真驗(yàn)證的需要，信號(hào)模擬全部采用數(shù)學(xué)模型，模擬的有效性難以保證，迫切需要具有敏感器硬件在回路、模擬精度高、工況真實(shí)的星際自主導(dǎo)航地面試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于信息融合的星際自主導(dǎo)航地面試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)導(dǎo)航天體形狀和大小以及背景恒星的幾何關(guān)系的模擬，X射線脈沖星輻射脈沖信號(hào)特性的模擬，增強(qiáng)了自主星際導(dǎo)航技術(shù)地面仿真驗(yàn)證的真實(shí)性和可靠性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種基于信息融合的星際自主導(dǎo)航地面試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，包括導(dǎo)航敏感器、動(dòng)態(tài)天體模擬器、X射線脈沖星信號(hào)模擬器、導(dǎo)航計(jì)算模塊、遮光罩、仿真總控模塊、機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)，導(dǎo)航敏感器安裝在機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)上；導(dǎo)航敏感器實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)航天體的光學(xué)成像，動(dòng)態(tài)天體模擬器實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航天體的模擬、機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)航天器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)模擬，導(dǎo)航敏感器和動(dòng)態(tài)天體模擬器之間通過彈性遮光罩連接，隔離機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)動(dòng)態(tài)天體模擬器光路的影響，X射線脈沖星信號(hào)模擬器實(shí)現(xiàn)脈沖星脈沖信號(hào)幅值和相位的模擬；仿真總控模塊同時(shí)發(fā)送指令給動(dòng)態(tài)天體模擬器、X射線脈沖星信號(hào)模擬器和機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)，動(dòng)態(tài)天體模擬器接收到指令后進(jìn)行導(dǎo)航天體模擬，生成天體圖像，X射線脈沖星信號(hào)模擬器收到指令后進(jìn)行脈沖信號(hào)幅值和相位的模擬，機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)接收到指令后模擬航天器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，并將機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)的角度和角速度信息提供給仿真總控模塊；
仿真總控模塊發(fā)送指令給導(dǎo)航計(jì)算模塊，導(dǎo)航計(jì)算模塊接收到指令之后控制導(dǎo)航敏感器對(duì)動(dòng)態(tài)天體模擬器生成的天體圖像成像，并將所述天體成像結(jié)果發(fā)送給導(dǎo)航計(jì)算模塊，導(dǎo)航計(jì)算模塊接收成像結(jié)果后計(jì)算出航天器的位置信息；同時(shí)導(dǎo)航計(jì)算模塊還根據(jù)接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號(hào)計(jì)算出航天器的位置信息，然后通過信息融合算法計(jì)算出航天器的位置信息。所述導(dǎo)航計(jì)算模塊接收成像結(jié)果后計(jì)算出航天器的位置信息具體為導(dǎo)航計(jì)算模塊通過星歷計(jì)算和對(duì)所述天體成像結(jié)果進(jìn)行圖像處理得到天體的視半徑，從而計(jì)算出航天器的位置信息。所述導(dǎo)航計(jì)算模塊還根據(jù)接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號(hào)計(jì)算出航天器的位置信息具體為導(dǎo)航計(jì)算模塊將接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號(hào)與到達(dá)太陽的標(biāo)準(zhǔn)X射線脈沖星信號(hào)進(jìn)行相位對(duì)比，從而計(jì)算出航天器的位置信息。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(I)本發(fā)明提出基于信息融合的星際自主導(dǎo)航系統(tǒng)具有導(dǎo)航天體模擬效果真實(shí)、實(shí)時(shí)性好、試驗(yàn)可操作性強(qiáng)，能夠同時(shí)模擬導(dǎo)航天體光學(xué)圖像、X射線脈沖星輻射脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多源自主導(dǎo)航技術(shù)地面仿真試驗(yàn)驗(yàn)證。(2)本發(fā)明把導(dǎo)航敏感器引入到仿真試驗(yàn)系統(tǒng)中，采用機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)了航天器的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，對(duì)于航天器的真實(shí)工況考慮細(xì)致全面。并且本發(fā)明系統(tǒng)具有導(dǎo)航天體光學(xué)圖像和導(dǎo)航脈沖星信號(hào)實(shí)時(shí)顯示功能，具備自主精度驗(yàn)證功能。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)架構(gòu)示意具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明提供了一種基于信息融合的星際自主導(dǎo)航地面試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，用于星際自主導(dǎo)航技術(shù)的地面仿真驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了對(duì)導(dǎo)航天體形狀和大小模擬，X射線脈沖星輻射脈沖信號(hào)的模擬，增強(qiáng)了自主星際導(dǎo)航技術(shù)地面仿真驗(yàn)證的真實(shí)性和可靠性。如圖1所示為本發(fā)明的系統(tǒng)組成，主要有以下模塊組成導(dǎo)航敏感器、動(dòng)態(tài)天體模擬器、X射線脈沖星信號(hào)模擬器、導(dǎo)航計(jì)算模塊、遮光罩、仿真總控模塊和機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)；導(dǎo)航敏感器安裝在機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)上；導(dǎo)航敏感器實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)航天體的光學(xué)成像，動(dòng)態(tài)天體模擬器實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航天體的模擬、機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)航天器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)模擬，導(dǎo)航敏感器和動(dòng)態(tài)天體模擬器之間通過彈性遮光罩連接，隔離機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)動(dòng)態(tài)天體模擬器光路的影響，X射線脈沖星信號(hào)模擬器實(shí)現(xiàn)脈沖星脈沖信號(hào)幅值和相位的模擬；仿真總控模塊同時(shí)發(fā)送指令給動(dòng)態(tài)天體模擬器、X射線脈沖星信號(hào)模擬器和機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)，動(dòng)態(tài)天體模擬器接收到指令后進(jìn)行導(dǎo)航天體模擬，生成天體圖像，X射線脈沖星信號(hào)模擬器收到指令后進(jìn)行脈沖信號(hào)幅值和相位的模擬，機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)接收到指令后模擬航天器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，并將機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)的角度和角速度信息提供給仿真總控模塊；仿真總控模塊發(fā)送指令給導(dǎo)航計(jì)算模塊，導(dǎo)航計(jì)算模塊接收到指令之后控制導(dǎo)航敏感器對(duì)動(dòng)態(tài)天體模擬器生成的天體圖像成像，并將所述天體成像結(jié)果發(fā)送給導(dǎo)航計(jì)算模塊，導(dǎo)航計(jì)算模塊接收成像結(jié)果后計(jì)算出航天器的位置信息；同時(shí)導(dǎo)航計(jì)算模塊還根據(jù)接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號(hào)計(jì)算出航天器的位置信息，然后通過信息融合算法計(jì)算出航天器的位置信息。導(dǎo)航計(jì)算模塊接收成像結(jié)果后計(jì)算出航天器的位置信息具體為導(dǎo)航計(jì)算模塊通過星歷計(jì)算和對(duì)所述天體成像結(jié)果進(jìn)行圖像處理得到天體的視半徑，從而計(jì)算出航天器的位置信息。導(dǎo)航計(jì)算模塊還根據(jù)接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號(hào)計(jì)算出航天器的位置信息具體為導(dǎo)航計(jì)算模塊將接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號(hào)與到達(dá)太陽的標(biāo)準(zhǔn)X射線脈沖星信號(hào)進(jìn)行相位對(duì)比，從而計(jì)算出航天器的位置信息。本發(fā)明中動(dòng)態(tài)天體模擬器由高精度大口徑可變目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)源組成，通過改變導(dǎo)航天體的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)航天體位置的模擬。本發(fā)明中X射線脈沖星信號(hào)模擬器根據(jù)仿真總控模塊的指令實(shí)現(xiàn)各種X射線脈沖星發(fā)出的脈沖信號(hào)的模擬，能夠?qū)崿F(xiàn)甚高精度脈沖到達(dá)時(shí)間模擬。本發(fā)明中的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)主要是根據(jù)仿真總控模塊的指令下實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)模擬，機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)由外環(huán)、中環(huán)、內(nèi)環(huán)軸組成，導(dǎo)航敏感器安裝在機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)環(huán)軸上。本發(fā)明中的遮光罩實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航敏感器和動(dòng)態(tài)天體模擬器的彈性連接，隔離了導(dǎo)航敏感器運(yùn)動(dòng)對(duì)動(dòng)態(tài)天體模擬器光路的影響，本發(fā)明中的導(dǎo)航敏感器由光學(xué)系統(tǒng)模塊和電路處理系統(tǒng)模塊組成，光學(xué)系統(tǒng)模塊采用兩反射鏡加孔徑校正器的光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)型式，鏡頭承力采用一種模塊集成一體化的結(jié)構(gòu)布局方案。電路處理系統(tǒng)模塊，通過CCD敏感元件采集視頻信號(hào)，進(jìn)行去直流、放大、增益變換、采樣保持、AD轉(zhuǎn)換處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳送給仿真總控模塊。
權(quán)利要求
1.一種基于信息融合的星際自主導(dǎo)航地面試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，其特征在于包括導(dǎo)航敏感器、動(dòng)態(tài)天體模擬器、X射線脈沖星信號(hào)模擬器、導(dǎo)航計(jì)算模塊、遮光罩、仿真總控模塊和機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)，導(dǎo)航敏感器安裝在機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)上； 導(dǎo)航敏感器實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)航天體的光學(xué)成像，動(dòng)態(tài)天體模擬器實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航天體的模擬、機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)航天器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)模擬，導(dǎo)航敏感器和動(dòng)態(tài)天體模擬器之間通過彈性遮光罩連接，隔離機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)動(dòng)態(tài)天體模擬器光路的影響，X射線脈沖星信號(hào)模擬器實(shí)現(xiàn)脈沖星脈沖信號(hào)幅值和相位的模擬； 仿真總控模塊同時(shí)發(fā)送指令給動(dòng)態(tài)天體模擬器、X射線脈沖星信號(hào)模擬器和機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)，動(dòng)態(tài)天體模擬器接收到指令后進(jìn)行導(dǎo)航天體模擬，生成天體圖像，X射線脈沖星信號(hào)模擬器收到指令后進(jìn)行脈沖信號(hào)幅值和相位的模擬，機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)接收到指令后模擬航天器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，并將機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)的角度和角速度信息提供給仿真總控模塊； 仿真總控模塊發(fā)送指令給導(dǎo)航計(jì)算模塊，導(dǎo)航計(jì)算模塊接收到指令之后控制導(dǎo)航敏感器對(duì)動(dòng)態(tài)天體模擬器生成的天體圖像成像，并將所述天體成像結(jié)果發(fā)送給導(dǎo)航計(jì)算模塊，導(dǎo)航計(jì)算模塊接收成像結(jié)果后計(jì)算出航天器的位置信息；同時(shí)導(dǎo)航計(jì)算模塊還根據(jù)接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號(hào)計(jì)算出航天器的位置信息，然后通過信息融合算法計(jì)算出航天器的位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信息融合的星際自主導(dǎo)航地面試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)航計(jì)算模塊接收成像結(jié)果后計(jì)算出航天器的位置信息具體為導(dǎo)航計(jì)算模塊通過星歷計(jì)算和對(duì)所述天體成像結(jié)果進(jìn)行圖像處理得到天體的視半徑，從而計(jì)算出航天器的位置信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信息融合的星際自主導(dǎo)航地面試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)航計(jì)算模塊還根據(jù)接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號(hào)計(jì)算出航天器的位置信息具體為導(dǎo)航計(jì)算模塊將接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號(hào)與到達(dá)太陽的標(biāo)準(zhǔn)X射線脈沖星信號(hào)進(jìn)行相位對(duì)比，從而計(jì)算出航天器的位置信息。
全文摘要
一種基于信息融合的星際自主導(dǎo)航地面試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，包括導(dǎo)航敏感器、動(dòng)態(tài)天體模擬器、X射線脈沖星信號(hào)模擬器、導(dǎo)航計(jì)算模塊、遮光罩、仿真總控模塊和機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)，導(dǎo)航敏感器安裝在機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)上。仿真總控模塊發(fā)送指令給導(dǎo)航計(jì)算模塊，導(dǎo)航計(jì)算模塊接收到指令之后控制導(dǎo)航敏感器對(duì)動(dòng)態(tài)天體模擬器生成的天體圖像成像，并將所述天體成像結(jié)果發(fā)送給導(dǎo)航計(jì)算模塊，導(dǎo)航計(jì)算模塊接收成像結(jié)果后計(jì)算出航天器的位置信息；同時(shí)導(dǎo)航計(jì)算模塊還根據(jù)接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號(hào)計(jì)算出航天器的位置信息，然后通過信息融合算法計(jì)算出航天器的位置信息。本發(fā)明增強(qiáng)了自主星際導(dǎo)航技術(shù)地面仿真驗(yàn)證的真實(shí)性和可靠性。
文檔編號(hào)G01C25/00GK103017788SQ20121051964
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者王大軼, 唐強(qiáng), 黃翔宇, 褚永輝, 熊凱, 朱志斌 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所