[发明专利]深空小天体远距离逼近的地面演示验证系统及方法

权利要求书

1.一种深空小天体远距离逼近的地面演示验证系统，其特征在于，所述深空小天体远距离逼近的地面演示验证系统包括小天体运动及环境模块、模拟逼近模块、上/下位机及实时仿真机，其中：

所述小天体运动及环境模块被配置为构建小天体运动参数及环境，模拟真实的小天体目标；

所述模拟逼近模块被配置为构建观测小天体的光学载荷的运动参数，模拟真实的卫星光学载荷，并对所述小天体运动及环境模块的背景图像进行采集，并且所述模拟逼近模块还被配置为将所述背景图像发送至所述实时仿真机；以及

所述实时仿真机被配置为根据所述背景图像控制所述模拟逼近模块的运动，以使所述小天体运动及环境模块始终处于所述模拟逼近模块的视场中心；

所述模拟逼近模块包括机械臂、导航相机、第一导轨、导轨控制机柜及机械臂控制机柜，其中：

所述第一导轨以一定速度匀速带动所述机械臂的本体接近所述小天体缩比模型，所述导航相机对所述小天体缩比模型进行实时采样，每隔一定时间间隔，形成一个背景图像，所述导航相机将采集到的背景图像通过导航相机后端算法进行预处理，而后将所述背景图像传送至所述实时仿真机；

所述实时仿真机对所述背景图像进行处理后，解算所述导航相机相对于所述小天体缩比模型在惯性坐标系下的位姿，并根据所述位姿发出轨迹修正指令至所述上/下位机，所述上/下位机将所述轨迹修正指令发送至导轨控制机柜及机械臂控制机柜；

所述导轨控制机柜及机械臂控制机柜根据所述轨迹修正指令调整所述第一导轨的速度；

所述导轨控制机柜及机械臂控制机柜根据所述轨迹修正指令调整所述机械臂的位姿，以进行所述导航相机的位姿修正，保持所述小天体缩比模型始终处于所述导航相机的视场中心，从而完成一次深空小天体远距离逼近的地面演示验证过程；

所述小天体运动及环境模块包括平行光源、小天体缩比模型、单轴转台及恒星背景幕布，其中：

所述小天体缩比模型放置在所述单轴转台上；

所述平行光源照射于所述小天体缩比模型上，用于模拟小天体表面不同角度的入射太阳光；

所述恒星背景幕布用于模拟深空背景环境，所述恒星背景幕布悬挂于所述小天体缩比模型背靠所述平行光源的一侧；

所述第一导轨的一端为机械臂和导航相机，所述导航相机安装于所述机械臂上，所述机械臂沿所述第一导轨滑动，所述第一导轨的另一端放置所述单轴转台；

所述实时仿真机通过所述背景图像解算出所述导航相机下一次运动的制导率，将所述制导率发送至所述上/下位机，所述上/下位机根据所述制导率计算飞行器运动指令，并将所述飞行器运动指令发送至所述导轨控制机柜及机械臂控制机柜；

所述导轨控制机柜及机械臂控制机柜的转码软件将所述飞行器运动指令中耦合的第一导轨速度解耦，形成机械臂运动指令，并将所述机械臂运动指令发送至所述机械臂，以驱动所述机械臂运动，调整机械臂末端的导航相机，始终保持小天体缩比模型处于视场中心；

所述导轨控制机柜及机械臂控制机柜包括导轨控制模块和机械臂控制模块，所述导轨控制模块控制所述第一导轨的运动，所述机械臂控制模块控制所述机械臂的运动；

所述机械臂模拟飞行器六自由度的位姿，所述第一导轨模拟飞行器指向小天体的1自由度逼近运动，所述第一导轨的长度为16米；

调节所述实时仿真机的制导时间间隔、和/或所述小天体缩比模型的星等、和/或第一导轨匀速逼近速度、和/或第二导航的运动状态，进行多次所述深空小天体远距离逼近的地面演示验证过程，以测试所述导航相机性能；

所述深空小天体远距离逼近的地面演示验证系统还包括位置标定模块和用户端模块，其中：

所述位置标定模块通过从所述导航相机处获取所述背景图像、从所述导轨控制机柜及机械臂控制机柜处获取所述第一导轨的速度和所述机械臂的位姿、以及从所述小天体运动及环境模块处获取所述小天体运动参数及环境参数，并根据所述背景图像、所述第一导轨的速度、所述机械臂的位姿、以及所述小天体运动参数及环境参数，计算实时位姿及制导轨迹，并根据所述实时位姿及制导轨迹向所述用户端模块输出真实轨迹；

所述实时仿真机通过预处理的背景图像、所述第一导轨的速度和所述机械臂的位姿输出标称轨迹至所述用户端模块；

所述用户端模块比较所述真实轨迹与所述标称轨迹，以测试所述导航相机性能，消除曝光时间内发生多次扰动，导航目标在CCD平面上的实际成像为轨迹对提取导航目标的特征信息进行精确导航的影响；

通过使所述小天体运动及环境模块始终处于所述模拟逼近模块的视场中心以及测试所述导航相机性能，实现用于验证相关特征提取算法的同时，用于模拟研究小天体光学导航特征成像，在不同的背景星图，不同模拟小天体星等下，测试光学载荷的远距离识别能力，模拟小天体远距离逼近的过程，改善探测器相对小天体轨道几何构型、提高导航误差收敛速度与进行导航精度的小天体远距离逼近高精度光学导航。