[发明专利]一种深空自主导航星敏感器的半物理仿真试验系统及方法

权利要求书

1.一种深空自主导航星敏感器的半物理仿真试验系统，它包括一个恒星敏感器模拟器(9)和一个自主导航星敏感器(8)，其特征在于：所述的恒星敏感器模拟器(9)放置在模拟器支撑架(12)上；所述的自主导航星敏感器(8)固定在三轴速率转台(11)上，自主导航星敏感器(8)的入瞳中心在三轴速率转台(11)水平旋转中心轴上；所述的恒星敏感器模拟器(9)的出瞳与自主导航星敏感器(8)的入瞳相对接，恒星敏感器模拟器(9)的光轴与自主导航星敏感器(8)的光轴重合；自主导航星敏感器(8)、三轴速率转台(11)和恒星敏感器模拟器(9)均与控制与信息处理计算机(13)连接。

2.根据权利要求1所述的一种深空自主导航星敏感器的半物理仿真试验系统，其特征在于：所述的自主导航星敏感器(8)的光轴与恒星敏感器模拟器(9)的光轴重合，重合误差不超过2mm所述的将恒星敏感器模拟器(9)的出瞳与自主导航星敏感器(8)的入瞳相对接，误差不超过5mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种深空自主导航星敏感器的半物理仿真试验系统，其特征在于：所述的三轴速率转台(11)沿着三个旋转轴按照深空探测器姿态稳定性规律施以运动角速度，以模拟深空探测器三轴不稳定运动，从而模拟出自主导航敏感器(8)随着探测器姿态的模拟变化所产生的图像运动。

4.根据权利要求3所述的一种深空自主导航星敏感器的半物理仿真试验系统，其特征在于：所述的控制与信息处理计算机(13)用于三轴速率转台(11)的控制，并对模拟姿态变化所得到的运动拖影图像的信息进行处理。

5.一种深空自主导航星敏感器的半物理仿真试验方法，其特征在于：该方法步骤如下：

(a)将自主导航星敏感器(8)安装在三轴速率转台(11)上，保证其绕三个轴转动速度和角度与深空探测器姿态变化一致；将自主导航星敏感器(8)的入瞳中心安装到三轴速率转台(11)水平旋转中心轴上，并使自主导航星敏感器(8)的光轴与恒星敏感器模拟器(9)的光轴重合，重合误差不超过2mm

(b)将恒星敏感器模拟器(9)的出瞳与自主导航星敏感器(8)的入瞳相对接，误差不超过5mm；

(c)将三轴速率转台(11)、自主导航星敏感器(8)和恒星敏感器模拟器(9)均加电运行，通过控制与信息处理计算机(13)控制三轴速率转台(11)、恒星敏感器模拟器(9)和自主导航星敏感器(8)进行工作；

(d)通过恒星敏感器模拟器(9)模拟产生恒星和小行星无限远图像，该图像相对于恒星敏感器模拟器(9)入瞳的运动角度应与深空探测器在惯性空间的运动角速度一致；

(e)自主导航星敏感器(8)获取来自于恒星敏感器模拟器(9)模拟的多幅含有恒星和小行星的目标图像，对于这些图像进行处理识别出恒星和小行星，根据小行星和恒星星历进而得到各自小行星相对于惯性空间的角位置；利用小行星星历得到此时此刻的小行星相对指向矢量和小行星之间的相对距离，再利用上述深空探测器对于小行星测量的指向矢量作为观测量，采用卡尔曼滤波算法进行深空探测器位置的确定。

6.根据权利要求5所述的一种深空自主导航星敏感器的半物理仿真试验方法，其特征在于：在控制与信息处理计算机(13)上通过仿真软件进行仿真试验，该仿真软件将自动控制三轴速率转台(11)、恒星敏感器模拟器(9)和自主导航星敏感器(8)进行工作，运行结束后信息处理结果保留在计算机内；所述的仿真软件包括一个主程序和受主程序控制的6个子程序模块：主程序用于系统自检、上电和复位、子程序的调用、时序控制、导航仿真数据的生成；6个子程序模块分别是三轴速率转台控制模块、自主导航星敏感器的曝光时间控制模块、恒星敏感器模拟器星点靶标的星图选择控制模块、自主导航星敏感器的图像处理模块、小行星位置确定模块、与上位机通讯模块；其中

三轴速率转台控制模块：接收主程序传来的深空探测器姿态变化角速率和指向变化信息，并控制三轴速率转台作相应随动操作，使三轴速率转台三个轴产生模拟转动；

自主导航星敏感器的曝光时间控制模块：在三轴速率转台转动的同时，按照上位机发来的通讯信息对自主导航敏感器探测器曝光时间进行输入，并使自主导航星敏感器进行图像采样，存储到存储器中，供自主导航星的图像处理模块进行处理；

恒星敏感器模拟器星点靶标的星图选择控制模块：按照主程序传来的预设星图指令进行恒星敏感器模拟器中星点靶标照明阵列控制，使星点靶标星点产生预期的星点阵列，以模拟太空中恒星的空间角位置分布，这种星点阵列分布将通过恒星敏感器模拟器成像到无限远，再经敏感器成像；

自主导航星敏感器的图像处理模块：对于自主导航星敏感器保存在存储器中的积分采样所成的图像进行预处理星点识别的交叉相关处理恒星星图匹配处理小行星识别处理，获取小行星所在天区内与恒星角位置关系；

小行星位置确定模块：通过恒星星历和小行星行历，将识别出来的小行星和恒星与星历表对比，确定小行星在惯性空间的指向；

与上位机通讯模块：完成与上位控制导航计算机实现信息双向传输，从上位机得到开关机指令曝光时间设置指令自主导航仿真的轨道参数。