[发明专利]一种在轨服务相对导航实验平台及工作方法

权利要求书

1.一种在轨服务相对导航实验平台，其特征在于：包括手动转台、棋盘格标定板、三轴电动转台、三维平移台、仿真控制计算机、故障航天器等效装置、双目立体视觉系统与导航计算机系统，其中：

所述棋盘格标定板设置于手动转台上，故障航天器等效装置安装在三轴电动转台上，故障航天器等效装置表面安装有用于实验平台初次使用的标定特征点群，该特征点群由LED灯构成；

双目立体视觉系统用于对棋盘格标定板的图像采集、LED灯阵的图像采集以及对故障航天器等效装置的图像采集；

所述三轴电动转台模拟相对姿态运动，三维平移台模拟相对位置运动；

仿真控制计算机用于根据导航计算机系统发送相对姿态的初值和相对位置的初值生成仿真场景并控制三轴电动转台和三维平移台运动；另外，仿真控制计算机还根据导航计算机系统推送的导航参数与仿真场景中的仿真真值比较，作为评价待验证算法性能的依据；

导航计算机系统根据采集的棋盘格标定板的图像对双目立体视觉系统的内外参数进行标定；根据采集的LED灯阵图像确定故障航天器等效装置与双目立体视觉系统的相对姿态的初值和相对位置的初值，并将该相对姿态的初值和相对位置的初值发给仿真控制计算机；根据周期性采集的故障航天器等效装置图像对两个相机图像进行处理，然后利用待验证的相对导航和辨识算法进行导航计算，将导航结果发给仿真控制计算机。

2.根据权利要求1所述的在轨服务相对导航实验平台，其特征在于：所述双目立体视觉系统包括2台工业相机、同步触发电路，其中，同步触发电路用于周期性地触发2台工业相机采集故障航天器等效装置图像。

3.根据权利要求1所述的在轨服务相对导航实验平台，其特征在于：所述导航计算机系统包括视觉参数标定模块、图像处理模块和相对导航算法验证模块，其中：

所述图像处理模块用于对棋盘格标定板采集图像的处理，并将处理数据传送给视觉参数标定模块，所述视觉参数标定模块根据传送的数据对双目立体视觉系统的内外参数进行标定；

所述图像处理模块用于对LED灯阵采集图像的处理，并将处理结果传送给视觉参数标定模块，所述视觉参数标定模块根据传送的数据确定故障航天器等效装置与双目立体视觉系统的相对姿态的初值和相对位置的初值，并将初值传送给仿真控制计算机；

所述图像处理模块用于对故障航天器等效装置周期性采集的图像进行处理，并将该处理得到的数据传送给相对导航算法验证模块，所述相对导航算法验证模块根据传送数据进行导航计算，并将导航结果发给仿真控制计算机。

4.一种采用权利要求1至3任一所述的在轨服务相对导航实验平台的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，通过手动转台和棋盘格标定板对双目立体视觉系统进行内外参数的标定，该内外参数包括左右相机的有效焦距、左右相机分别相对测量坐标系的旋转矩阵和平移矩阵；

步骤2，通过仿真控制计算机复位三轴电动转台，让其姿态处于标称零位；

步骤3，通过仿真控制计算机复位三维电动平移台，让其位置处于标称零位；

步骤4，导航计算机根据标定的内外参数和故障航天器等效装置上的LED灯阵确定故障航天器等效装置与双目立体视觉系统的相对姿态初值和相对位置初值；

步骤5，仿真控制计算机利用步骤4中的得到的相对姿态初值、相对位置初值以及仿真控制计算机生成的仿真场景通过相对姿态动力学模型和相对轨道动力学模型计算出相对姿态和相对位置的姿态序列，然后将相应的控制指令分别发给三轴电动转台和三维平移台，从物理上模拟出服务航天器与故障航天器之间的相对运动；

步骤6，开启同步触发电路，周期性地触发2台工业相机对故障航天器成像；

步骤7，开启导航计算机系统，周期性地对两个相机图像进行处理，然后利用待验证的相对导航和辨识算法进行导航计算，将导航结果发给仿真控制计算机，仿真控制计算机将导航结果与真值比较，作为评价待验证算法性能的依据。