[发明专利]一种分布式航天器地面仿真系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及分布式航天器系统仿真技术，尤其涉及一种多航天器应用的，可根据航天器任务、通过配置不同的实物硬件或模拟器实现地面模拟多航天器系统及其实现方法，属于航天航空领域。 

背景技术

从各国分布式航天器系统发展来看，在众多已进入在轨试验验证阶段或研究中的分布式航天器系统均非常重视关键技术的地面验证工作，特别是系统的地面物理仿真系统的开发，建立了不同形式、不同仿真目的的全物理/半物理仿真系统，广泛用于分布式航天器系统相对轨道和相对姿态控制策略和算法以及控制硬件验证和相关软件的开发，以降低系统研制风险和研制成本，如斯坦福大学的FFTB等。 

由于国内分布式航天器系统的研究尚处于起步阶段，同时物理仿真实验存在仿真模拟设备复杂、开发资金过高等原因，国内分布式航天器系统仿真关键技术验证大都采用数学仿真或半物理仿真方式进行(譬如哈尔滨工业大学在“十五”末期建立了基于“微型核”信息电子系统的分布式航天器系统半物理仿真系统)，在开发建立分布式航天器系统物理仿真系统方面所作的工作较少。目前仅哈尔滨工业大学与装备指挥技术学院引进、开发和建立了两套基于五自由度微小卫星物理仿真平台(MicroSim仿真平台)，对分布式航天器系统控制算法的定性仿真验证起到了积极的促进作用。然而，由于MicroSim仿真平台配置固化存在的局限性在一定程度上制约了其进一步应用(如高精度相对状态确定、高精度相对控制等定量分析)，为此需要设计和建设具有开放性和可扩展性的适应不同任务的分布式航天器系统地面物理仿真实验系统。 

发明内容

本发明的目的是解决现有的分布式航天器仿真平台配置固化，可扩展性差的问题，提供了一种分布式航天器地面仿真系统及其实现方法。 

本发明一种分布式航天器地面仿真系统由以下几部分组成： 

基础平台单元，包括抛光铸铁平台和n个气浮航天器仿真平台，n个气浮航天器仿真平台接收地面控制单元的控制指令后自主进行控制策略规划，并在抛光铸铁平台上完成两维平动和垂直于台面单轴转动，n个气浮航天器仿真平台进行航天器间信息交互、航天器间姿态协同控制、分布式航天器系统空间构形的维持控制以及自主碰撞规避控制的验证，n≥2； 

局域GPS定位系统，包括每个气浮航天器仿真平台上安装两个局域GPS敏感器和配置于地面的m个局域GPS发射装置，用于实现各气浮航天器仿真平台的高精度相对位置确定和初始姿态标定，m≥2； 

地面控制单元，包括地面控制计算机和地面数据库，用于完成对n个气浮航天器仿真平台下达指令以及从n个气浮航天器仿真平台下载数据的功能，地面数据库用于存储所述下载数据。 

基于上述一种分布式航天器地面仿真系统的实现方法包括以下步骤： 

步骤一、进行仿真系统通讯的测试，确保n个气浮航天器仿真平台之间通讯链路及每个气浮航天器仿真平台与地面控制单元之间的星地链路的正常运行；对局域GPS定位系统进行测试，确保其运行在正常状态； 

步骤二、确认系统各部分功能正常后，利用局域GPS定位系统对n个气浮航天器仿真平台的初始位置和初始姿态进行标定； 

步骤三、依据任务需求，通过地面控制单元将控制程序传送到各气浮航天器仿真平台中，同时使各气浮航天器仿真平台处于气浮状态； 

步骤四、由地面控制单元的地面控制计算机发出控制指令，各气浮航天器仿真平台实现航天器间信息交互、航天器间姿态协同控制、分布式航天器系统空间构形的维持控制以及自主碰撞规避控制的验证； 

步骤五、进行地面曲线显示和地面动态显示： 

地面曲线显示，由曲线显示模块完成仿真系统在试验过程中的状态变量的监测、仿真结果的显示，包括：指令的上/下行、各气浮航天器仿真平台的姿态、位置以及n个气浮航天器仿真平台间实时的相对姿态、相对位置以及系统各种设备的工作状态； 

地面动态显示，由动态显示模块完成仿真系统传输至地面数据库的实时动态姿态、相对姿态、位置及相对位置的动态三维显示以及误差特性的等效空间环境显示。 

本发明的优点是：本发明采用气浮平台技术实现了分布式航天器地面仿真系统，可对多航天器系统关键技术的进行地面演示验证。系统具备良好的可配置能力和扩展性。既保证了系统算法和功能性的可展示度，也可在采用实物配置的情况下进行系统功能的指标考核，使得系统兼具了教学和科研的不同需求。 

附图说明

图1是本发明结构示意图，图2是气浮航天器仿真平台的结构示意图，图3是实施方式四的结构示意图，图4是本发明实现方法的流程图。 

具体实施方式