專利名稱：一種基于信息融合的星際自主導航地面試驗驗證系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于信息融合的星際自主導航地面試驗驗證系統，屬于星際自主導航物理仿真領域。
背景技術：
星際導航是通過傳感器確定航天器的軌道信息，現有航天器的導航大多是依靠地面設備完成的。隨著航天器星際探索發展的需要，單純依靠地面站測控定軌的傳統導航方式，將不可避免的面臨天地通信鏈路容量不足，測量距離有限等問題，星際自主導航技術因此受到廣泛的關注。星際自主導航技術利用航天器上的測量設備實時地確定航天器自身的位置和速度。主要包括慣性導航和天文導航，慣性導航具有短時精度高、連續輸出、完全自主等優點，但是由于其誤差隨時間積累需要修正不能用于星際導航，因此星際導航主要采用天文導航。天文導航采用利用恒星、行星確定航天器，通過導航相機和X射線探測器來確定航天器的位置和速度信息。采用自主光學導航技術和脈沖星導航技術相融合的方案，克服了單獨使用光學導航和脈沖星導航的缺點，具備了導航精度高、可靠性高的優點。現有的導航數學仿真方法已不能適應自主導航技術地面仿真驗證的需要，信號模擬全部采用數學模型，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、工況真實的星際自主導航地面試驗驗證系統。
發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供了一種基于信息融合的星際自主導航地面試驗驗證系統，實現了對導航天體形狀和大小以及背景恒星的幾何關系的模擬，X射線脈沖星輻射脈沖信號特性的模擬，增強了自主星際導航技術地面仿真驗證的真實性和可靠性。本發明的技術解決方案是—種基于信息融合的星際自主導航地面試驗驗證系統，包括導航敏感器、動態天體模擬器、X射線脈沖星信號模擬器、導航計算模塊、遮光罩、仿真總控模塊、機械轉臺，導航敏感器安裝在機械轉臺上；導航敏感器實現對導航天體的光學成像，動態天體模擬器實現導航天體的模擬、機械轉臺實現航天器姿態運動模擬，導航敏感器和動態天體模擬器之間通過彈性遮光罩連接，隔離機械轉臺運動對動態天體模擬器光路的影響，X射線脈沖星信號模擬器實現脈沖星脈沖信號幅值和相位的模擬；仿真總控模塊同時發送指令給動態天體模擬器、X射線脈沖星信號模擬器和機械轉臺，動態天體模擬器接收到指令后進行導航天體模擬，生成天體圖像，X射線脈沖星信號模擬器收到指令后進行脈沖信號幅值和相位的模擬，機械轉臺接收到指令后模擬航天器姿態運動，并將機械轉臺的角度和角速度信息提供給仿真總控模塊；
仿真總控模塊發送指令給導航計算模塊，導航計算模塊接收到指令之后控制導航敏感器對動態天體模擬器生成的天體圖像成像，并將所述天體成像結果發送給導航計算模塊，導航計算模塊接收成像結果后計算出航天器的位置信息；同時導航計算模塊還根據接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號計算出航天器的位置信息，然后通過信息融合算法計算出航天器的位置信息。所述導航計算模塊接收成像結果后計算出航天器的位置信息具體為導航計算模塊通過星歷計算和對所述天體成像結果進行圖像處理得到天體的視半徑，從而計算出航天器的位置信息。所述導航計算模塊還根據接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號計算出航天器的位置信息具體為導航計算模塊將接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號與到達太陽的標準X射線脈沖星信號進行相位對比，從而計算出航天器的位置信息。本發明與現有技術相比的有益效果是(I)本發明提出基于信息融合的星際自主導航系統具有導航天體模擬效果真實、實時性好、試驗可操作性強，能夠同時模擬導航天體光學圖像、X射線脈沖星輻射脈沖信號，實現多源自主導航技術地面仿真試驗驗證。(2)本發明把導航敏感器引入到仿真試驗系統中，采用機械轉臺實現了航天器的姿態運動，對于航天器的真實工況考慮細致全面。并且本發明系統具有導航天體光學圖像和導航脈沖星信號實時顯示功能，具備自主精度驗證功能。
圖1為本發明系統架構示意具體實施例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。本發明提供了一種基于信息融合的星際自主導航地面試驗驗證系統，用于星際自主導航技術的地面仿真驗證，實現了對導航天體形狀和大小模擬，X射線脈沖星輻射脈沖信號的模擬，增強了自主星際導航技術地面仿真驗證的真實性和可靠性。如圖1所示為本發明的系統組成，主要有以下模塊組成導航敏感器、動態天體模擬器、X射線脈沖星信號模擬器、導航計算模塊、遮光罩、仿真總控模塊和機械轉臺；導航敏感器安裝在機械轉臺上；導航敏感器實現對導航天體的光學成像，動態天體模擬器實現導航天體的模擬、機械轉臺實現航天器姿態運動模擬，導航敏感器和動態天體模擬器之間通過彈性遮光罩連接，隔離機械轉臺運動對動態天體模擬器光路的影響，X射線脈沖星信號模擬器實現脈沖星脈沖信號幅值和相位的模擬；仿真總控模塊同時發送指令給動態天體模擬器、X射線脈沖星信號模擬器和機械轉臺，動態天體模擬器接收到指令后進行導航天體模擬，生成天體圖像，X射線脈沖星信號模擬器收到指令后進行脈沖信號幅值和相位的模擬，機械轉臺接收到指令后模擬航天器姿態運動，并將機械轉臺的角度和角速度信息提供給仿真總控模塊；仿真總控模塊發送指令給導航計算模塊，導航計算模塊接收到指令之后控制導航敏感器對動態天體模擬器生成的天體圖像成像，并將所述天體成像結果發送給導航計算模塊，導航計算模塊接收成像結果后計算出航天器的位置信息；同時導航計算模塊還根據接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號計算出航天器的位置信息，然后通過信息融合算法計算出航天器的位置信息。導航計算模塊接收成像結果后計算出航天器的位置信息具體為導航計算模塊通過星歷計算和對所述天體成像結果進行圖像處理得到天體的視半徑，從而計算出航天器的位置信息。導航計算模塊還根據接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號計算出航天器的位置信息具體為導航計算模塊將接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號與到達太陽的標準X射線脈沖星信號進行相位對比，從而計算出航天器的位置信息。本發明中動態天體模擬器由高精度大口徑可變目標標準源組成，通過改變導航天體的大小實現對導航天體位置的模擬。本發明中X射線脈沖星信號模擬器根據仿真總控模塊的指令實現各種X射線脈沖星發出的脈沖信號的模擬，能夠實現甚高精度脈沖到達時間模擬。本發明中的機械轉臺主要是根據仿真總控模塊的指令下實現衛星姿態運動模擬，機械轉臺由外環、中環、內環軸組成，導航敏感器安裝在機械轉臺的內環軸上。本發明中的遮光罩實現了導航敏感器和動態天體模擬器的彈性連接，隔離了導航敏感器運動對動態天體模擬器光路的影響，本發明中的導航敏感器由光學系統模塊和電路處理系統模塊組成，光學系統模塊采用兩反射鏡加孔徑校正器的光學鏡頭結構型式，鏡頭承力采用一種模塊集成一體化的結構布局方案。電路處理系統模塊，通過CCD敏感元件采集視頻信號，進行去直流、放大、增益變換、采樣保持、AD轉換處理后轉換成數字信號，傳送給仿真總控模塊。
權利要求
1.一種基于信息融合的星際自主導航地面試驗驗證系統，其特征在于包括導航敏感器、動態天體模擬器、X射線脈沖星信號模擬器、導航計算模塊、遮光罩、仿真總控模塊和機械轉臺，導航敏感器安裝在機械轉臺上； 導航敏感器實現對導航天體的光學成像，動態天體模擬器實現導航天體的模擬、機械轉臺實現航天器姿態運動模擬，導航敏感器和動態天體模擬器之間通過彈性遮光罩連接，隔離機械轉臺運動對動態天體模擬器光路的影響，X射線脈沖星信號模擬器實現脈沖星脈沖信號幅值和相位的模擬； 仿真總控模塊同時發送指令給動態天體模擬器、X射線脈沖星信號模擬器和機械轉臺，動態天體模擬器接收到指令后進行導航天體模擬，生成天體圖像，X射線脈沖星信號模擬器收到指令后進行脈沖信號幅值和相位的模擬，機械轉臺接收到指令后模擬航天器姿態運動，并將機械轉臺的角度和角速度信息提供給仿真總控模塊； 仿真總控模塊發送指令給導航計算模塊，導航計算模塊接收到指令之后控制導航敏感器對動態天體模擬器生成的天體圖像成像，并將所述天體成像結果發送給導航計算模塊，導航計算模塊接收成像結果后計算出航天器的位置信息；同時導航計算模塊還根據接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號計算出航天器的位置信息，然后通過信息融合算法計算出航天器的位置信息。
2.根據權利要求1所述的一種基于信息融合的星際自主導航地面試驗驗證系統，其特征在于所述導航計算模塊接收成像結果后計算出航天器的位置信息具體為導航計算模塊通過星歷計算和對所述天體成像結果進行圖像處理得到天體的視半徑，從而計算出航天器的位置信息。
3.根據權利要求1所述的一種基于信息融合的星際自主導航地面試驗驗證系統，其特征在于所述導航計算模塊還根據接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號計算出航天器的位置信息具體為導航計算模塊將接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號與到達太陽的標準X射線脈沖星信號進行相位對比，從而計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航地面試驗驗證系統，包括導航敏感器、動態天體模擬器、X射線脈沖星信號模擬器、導航計算模塊、遮光罩、仿真總控模塊和機械轉臺，導航敏感器安裝在機械轉臺上。仿真總控模塊發送指令給導航計算模塊，導航計算模塊接收到指令之后控制導航敏感器對動態天體模擬器生成的天體圖像成像，并將所述天體成像結果發送給導航計算模塊，導航計算模塊接收成像結果后計算出航天器的位置信息；同時導航計算模塊還根據接收到的X射線脈沖星模擬器的脈沖信號計算出航天器的位置信息，然后通過信息融合算法計算出航天器的位置信息。本發明增強了自主星際導航技術地面仿真驗證的真實性和可靠性。
文檔編號G01C25/00GK103017788SQ20121051964
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者王大軼, 唐強, 黃翔宇, 褚永輝, 熊凱, 朱志斌 申請人:北京控制工程研究所