本技術(shù)涉及地面仿真測(cè)試，特別是涉及一種空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)提取測(cè)量圖像中的空間目標(biāo)特征信息，進(jìn)一步解算空間目標(biāo)相對(duì)位姿等導(dǎo)航參數(shù)，實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)導(dǎo)航。

2、在空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的研制和在軌工作階段，需要借助地面仿真測(cè)試方法對(duì)空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的探測(cè)能力、算法解算準(zhǔn)確性、導(dǎo)航測(cè)量穩(wěn)定性進(jìn)行全面測(cè)試驗(yàn)證，保證在軌任務(wù)的順利執(zhí)行。目前，主要的地面仿真測(cè)試方法包括實(shí)物仿真試驗(yàn)方法和數(shù)字仿真試驗(yàn)方法。實(shí)物仿真試驗(yàn)方法需要在實(shí)驗(yàn)室中構(gòu)建等比空間目標(biāo)實(shí)物模型，配備實(shí)物光照、運(yùn)動(dòng)等空間環(huán)境模擬系統(tǒng)，仿真試驗(yàn)效果與實(shí)際在軌情況基本一致，但受場(chǎng)地、成本等條件限制較大，通常只能用于典型關(guān)鍵任務(wù)試驗(yàn)測(cè)試。數(shù)字仿真試驗(yàn)方法通過(guò)數(shù)字場(chǎng)景設(shè)計(jì)建模，對(duì)空間目標(biāo)成像與導(dǎo)航信息解算過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化模擬，具有試驗(yàn)成本低、能夠覆蓋全場(chǎng)景任務(wù)工況等優(yōu)勢(shì)，但數(shù)字仿真試驗(yàn)效果與實(shí)物仿真試驗(yàn)效果相比還存在較大差距，無(wú)法完全反應(yīng)空間復(fù)雜環(huán)境對(duì)空間目標(biāo)圖像紋理和位姿解算精度的影響。

3、基于此，亟需一種能夠更好的對(duì)空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行地面仿真測(cè)試的系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠更好的對(duì)空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行地面仿真測(cè)試。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗(yàn)系統(tǒng)，所述空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗(yàn)系統(tǒng)包括：實(shí)物仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)和數(shù)字仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)，所述實(shí)物仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)用于對(duì)空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)物仿真，所述數(shù)字仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)為所述實(shí)物仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)的數(shù)字孿生模型，所述數(shù)字仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)用于對(duì)空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字仿真；

4、所述實(shí)物仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)包括空間場(chǎng)景實(shí)物模擬模塊、實(shí)物光學(xué)成像模塊和實(shí)物信息處理模塊；所述空間場(chǎng)景實(shí)物模擬模塊用于通過(guò)實(shí)物模型對(duì)真實(shí)空間目標(biāo)的在軌光學(xué)特性、在軌光照狀態(tài)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬；所述實(shí)物光學(xué)成像模塊用于通過(guò)實(shí)物模型對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行成像，得到空間目標(biāo)實(shí)物仿真圖像，以對(duì)真實(shí)光學(xué)成像模塊的成像過(guò)程進(jìn)行模擬；所述實(shí)物信息處理模塊用于通過(guò)實(shí)物模型對(duì)所述空間目標(biāo)實(shí)物仿真圖像進(jìn)行處理，得到空間目標(biāo)相對(duì)位姿，以對(duì)真實(shí)信息處理模塊的處理過(guò)程進(jìn)行模擬；

5、所述數(shù)字仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)包括空間場(chǎng)景數(shù)字模擬模塊、數(shù)字光學(xué)成像模塊和數(shù)字信息處理模塊；所述空間場(chǎng)景數(shù)字模擬模塊用于通過(guò)數(shù)字模型對(duì)真實(shí)空間目標(biāo)的在軌光學(xué)特性、在軌光照狀態(tài)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬；所述數(shù)字光學(xué)成像模塊用于通過(guò)數(shù)字模型對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行成像，得到空間目標(biāo)數(shù)字仿真圖像，以對(duì)真實(shí)光學(xué)成像模塊的成像過(guò)程進(jìn)行模擬；所述數(shù)字信息處理模塊用于通過(guò)數(shù)字模型對(duì)所述空間目標(biāo)數(shù)字仿真圖像進(jìn)行處理，得到空間目標(biāo)相對(duì)位姿，以對(duì)真實(shí)信息處理模塊的處理過(guò)程進(jìn)行模擬。

6、可選地，所述空間場(chǎng)景實(shí)物模擬模塊包括空間目標(biāo)模型、太陽(yáng)模擬器和空間相對(duì)運(yùn)動(dòng)模擬機(jī)械臂；

7、所述空間目標(biāo)模型的幾何結(jié)構(gòu)和表面材料與真實(shí)空間目標(biāo)的幾何結(jié)構(gòu)和表面材料完全相同，以對(duì)真實(shí)空間目標(biāo)的在軌光學(xué)特性進(jìn)行模擬；

8、所述太陽(yáng)模擬器采用與大氣層外太陽(yáng)光譜特性相同的平行光源，且位置能夠調(diào)節(jié)，以對(duì)真實(shí)空間目標(biāo)的在軌光照狀態(tài)進(jìn)行模擬；

9、所述空間目標(biāo)模型和所述實(shí)物光學(xué)成像模塊均安裝在所述空間相對(duì)運(yùn)動(dòng)模擬機(jī)械臂上；所述空間相對(duì)運(yùn)動(dòng)模擬機(jī)械臂用于調(diào)節(jié)所述空間目標(biāo)模型相對(duì)于所述實(shí)物光學(xué)成像模塊的相對(duì)位姿，以對(duì)真實(shí)空間目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬。

10、可選地，所述空間相對(duì)運(yùn)動(dòng)模擬機(jī)械臂包括目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模擬六自由度機(jī)械臂和測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模擬六自由度機(jī)械臂，所述空間目標(biāo)模型安裝在所述目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模擬六自由度機(jī)械臂上，所述實(shí)物光學(xué)成像模塊安裝在所述測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模擬六自由度機(jī)械臂上，所述目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模擬六自由度機(jī)械臂用于調(diào)節(jié)所述空間目標(biāo)模型的位姿，所述測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模擬六自由度機(jī)械臂用于調(diào)節(jié)所述實(shí)物光學(xué)成像模塊的位姿，來(lái)調(diào)節(jié)所述空間目標(biāo)模型相對(duì)于所述實(shí)物光學(xué)成像模塊的相對(duì)位姿，以對(duì)真實(shí)空間目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬。

11、可選地，所述空間場(chǎng)景實(shí)物模擬模塊還包括逼近運(yùn)動(dòng)模擬導(dǎo)軌，所述目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模擬六自由度機(jī)械臂和所述測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模擬六自由度機(jī)械臂均安裝在所述逼近運(yùn)動(dòng)模擬導(dǎo)軌上；所述逼近運(yùn)動(dòng)模擬導(dǎo)軌用于調(diào)節(jié)所述空間目標(biāo)模型和所述實(shí)物光學(xué)成像模塊之間的相對(duì)距離，來(lái)調(diào)節(jié)所述空間目標(biāo)模型相對(duì)于所述實(shí)物光學(xué)成像模塊的相對(duì)位姿，以對(duì)真實(shí)空間目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬。

12、可選地，所述實(shí)物光學(xué)成像模塊包括若干個(gè)光學(xué)相機(jī)；所述實(shí)物信息處理模塊包括數(shù)據(jù)解算信息處理箱，所述數(shù)據(jù)解算信息處理箱內(nèi)具有基于所述空間目標(biāo)實(shí)物仿真圖像進(jìn)行空間目標(biāo)相對(duì)位姿信息解算的算法。

13、可選地，所述空間場(chǎng)景數(shù)字模擬模塊包括空間目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)字模型、空間目標(biāo)幾何結(jié)構(gòu)數(shù)字模型、空間目標(biāo)光學(xué)特性數(shù)字模型和空間太陽(yáng)光照數(shù)字模型；

14、所述空間目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)字模型用于基于軌道動(dòng)力學(xué)模型實(shí)時(shí)仿真計(jì)算得到真實(shí)空間目標(biāo)、真實(shí)光學(xué)成像模塊和真實(shí)太陽(yáng)的仿真位姿，以對(duì)真實(shí)空間目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬；

15、所述空間目標(biāo)幾何結(jié)構(gòu)數(shù)字模型包括基于真實(shí)空間目標(biāo)的仿真位姿，對(duì)空間目標(biāo)幾何結(jié)構(gòu)模型的表面進(jìn)行網(wǎng)格劃分所得到的每一個(gè)三角面元的位置和表面材料；所述位置包括三角面元的每一個(gè)頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)和三角面元的法向量的三維坐標(biāo)；

16、所述空間目標(biāo)光學(xué)特性數(shù)字模型用于對(duì)于每一種表面材料，對(duì)所述表面材料進(jìn)行反射系數(shù)測(cè)量和雙向反射分布函數(shù)參數(shù)化擬合，得到所述表面材料的光學(xué)特性模型參數(shù)，以對(duì)真實(shí)空間目標(biāo)的在軌光學(xué)特性進(jìn)行模擬；

17、所述空間太陽(yáng)光照數(shù)字模型用于將真實(shí)太陽(yáng)視作溫度為5900k的等效黑體，通過(guò)普朗克公式計(jì)算真實(shí)太陽(yáng)在可見(jiàn)光譜段的光源輻射亮度，并基于真實(shí)空間目標(biāo)的仿真位姿和真實(shí)太陽(yáng)的仿真位姿確定太陽(yáng)光線的方向向量，以對(duì)真實(shí)空間目標(biāo)的在軌光照狀態(tài)進(jìn)行模擬。

18、可選地，所述數(shù)字光學(xué)成像模塊用于生成每一個(gè)像素的跟蹤光線的方向向量，基于真實(shí)空間目標(biāo)的仿真位姿、真實(shí)光學(xué)成像模塊的仿真位姿和所述空間目標(biāo)幾何結(jié)構(gòu)數(shù)字模型，確定與每一個(gè)像素的跟蹤光線相交的三角面元，基于與每一個(gè)像素的跟蹤光線相交的三角面元的表面材料、所述空間目標(biāo)光學(xué)特性數(shù)字模型和所述空間太陽(yáng)光照數(shù)字模型確定每一個(gè)像素的輻射亮度，得到輻射亮度圖像，對(duì)所述輻射亮度圖像進(jìn)行畸變仿真處理和輻射量化仿真處理，得到空間目標(biāo)數(shù)字仿真圖像。

19、可選地，所述數(shù)字信息處理模塊采用基于所述空間目標(biāo)數(shù)字仿真圖像進(jìn)行空間目標(biāo)相對(duì)位姿信息解算的算法；其中，基于所述空間目標(biāo)數(shù)字仿真圖像進(jìn)行空間目標(biāo)相對(duì)位姿信息解算的算法和基于所述空間目標(biāo)實(shí)物仿真圖像進(jìn)行空間目標(biāo)相對(duì)位姿信息解算的算法相同。

20、可選地，所述實(shí)物光學(xué)成像模塊的物理通信接口和通信協(xié)議與所述數(shù)字光學(xué)成像模塊的物理通信接口和通信協(xié)議相同，所述實(shí)物信息處理模塊的物理通信接口和通信協(xié)議與所述數(shù)字信息處理模塊的物理通信接口和通信協(xié)議相同。

21、可選地，所述空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的工作模式包括：全實(shí)物仿真試驗(yàn)、數(shù)字成像實(shí)物處理仿真試驗(yàn)、實(shí)物成像數(shù)字處理仿真試驗(yàn)和全數(shù)字仿真試驗(yàn)；

22、在進(jìn)行全實(shí)物仿真試驗(yàn)時(shí)，所述空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗(yàn)系統(tǒng)包括依次連接的空間場(chǎng)景實(shí)物模擬模塊、實(shí)物光學(xué)成像模塊和實(shí)物信息處理模塊；

23、在進(jìn)行數(shù)字成像實(shí)物處理仿真試驗(yàn)時(shí)，所述空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗(yàn)系統(tǒng)包括依次連接的空間場(chǎng)景數(shù)字模擬模塊、數(shù)字光學(xué)成像模塊和實(shí)物信息處理模塊；

24、在進(jìn)行實(shí)物成像數(shù)字處理仿真試驗(yàn)時(shí)，所述空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗(yàn)系統(tǒng)包括依次連接的空間場(chǎng)景實(shí)物模擬模塊、實(shí)物光學(xué)成像模塊和數(shù)字信息處理模塊；

25、在進(jìn)行全數(shù)字仿真試驗(yàn)時(shí)，所述空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗(yàn)系統(tǒng)包括依次連接的空間場(chǎng)景數(shù)字模擬模塊、數(shù)字光學(xué)成像模塊和數(shù)字信息處理模塊。

26、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實(shí)施例，本技術(shù)公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

27、本技術(shù)提供了一種空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗(yàn)系統(tǒng)，包括：實(shí)物仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)和數(shù)字仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)，實(shí)物仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)包括空間場(chǎng)景實(shí)物模擬模塊、實(shí)物光學(xué)成像模塊和實(shí)物信息處理模塊，數(shù)字仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)包括空間場(chǎng)景數(shù)字模擬模塊、數(shù)字光學(xué)成像模塊和數(shù)字信息處理模塊，空間場(chǎng)景實(shí)物模擬模塊和空間場(chǎng)景數(shù)字模擬模塊用于對(duì)真實(shí)空間目標(biāo)的在軌光學(xué)特性、在軌光照狀態(tài)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬，實(shí)物光學(xué)成像模塊和數(shù)字光學(xué)成像模塊用于對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行成像，以對(duì)真實(shí)光學(xué)成像模塊的成像過(guò)程進(jìn)行模擬，實(shí)物信息處理模塊和數(shù)字信息處理模塊用于解算得到空間目標(biāo)相對(duì)位姿，以對(duì)真實(shí)信息處理模塊的處理過(guò)程進(jìn)行模擬，即實(shí)物仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)用于對(duì)空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)物仿真，數(shù)字仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)為實(shí)物仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)的數(shù)字孿生模型，數(shù)字仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)用于對(duì)空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字仿真。本技術(shù)通過(guò)實(shí)物仿真和數(shù)字仿真相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的地面仿真測(cè)試的真實(shí)性和覆蓋性的兼顧，通過(guò)數(shù)字孿生方式構(gòu)建的數(shù)字仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)物仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)的虛實(shí)映射，與傳統(tǒng)實(shí)物仿真試驗(yàn)方法相比，試驗(yàn)場(chǎng)景覆蓋性更廣，與傳統(tǒng)數(shù)字仿真試驗(yàn)方法相比，仿真真實(shí)度更高，從而能夠更好的對(duì)空間目標(biāo)視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行地面仿真測(cè)試。