[发明专利]火星EDL全过程自主GNC数学仿真验证系统

说明书

本发明涉及一种火星EDL全过程自主GNC数学仿真验证系统，主要包括EDL环境仿真子系统、进入舱仿真子系统(含EDL过程进入舱动力学高精度仿真器、EDL过程导航图像高精度仿真器)、火星EDL过程数学仿真总控子系统、火星EDL过程可视化仿真子系统和GNC模拟子系统以及相应的接口。通过该数学仿真系统可全面、系统、连续、充分和方便地验证火星EDL整个飞行过程的GNC方案和算法、自主管理技术以及与地面协同工作、飞控支持与仿真能力。

技术领域

本发明涉及火星EDL全过程自主GNC数学仿真验证系统，属于航天器制导、导航与控制技术领域。

背景技术

火星进入舱EDL过程的飞行环境是全新的，任务具有新的特点，目前在探月工程中已经建立的数学仿真系统只能满足探测器在地月环境下的任务需要，无法满足火星进入下降着陆任务的需求。因此，需要构建火星EDL全过程自主GNC数学仿真验证系统，实现仿真系统数字化和可视化，方便GNC方案设计人员对方案、关键技术、算法进行修改、调整和验证。

火星EDL全过程自主GNC数学仿真验证系统需要覆盖进入舱飞行的各个阶段，包括进入舱分离、进入与动力下降和着陆等过程，要充分考虑近火空间环境、着陆火星空间环境以及各阶段星体构型、质量特性和受力情况均有差异的特点，要建立进入舱的高精度轨道动力学和姿态动力学模型，精确模拟大气减速、配平翼展开、弹伞、伞降、抛大底、抛背罩、规避背罩、动力下降和触火等复杂动力学过程，还要能够通过三维可视化系统直观的显示进入舱飞行状态。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对火星EDL过程GNC数学仿真验证的需求，本专利提出了一种火星EDL全过程自主GNC数学仿真验证系统。

本发明解决技术的方案是：火星EDL全过程自主GNC数学仿真验证系统，包括：EDL环境仿真子系统、进入舱仿真子系统、火星EDL过程数学仿真总控子系统、火星EDL过程可视化仿真子系统和GNC模拟子系统；

仿真总控子系统通过读取配置文件获取仿真初始化状态参数，完成仿真工况设置，并将仿真初始状态参数发送给EDL过程环境仿真子系统、GNC模拟子系统、进入舱仿真子系统、火星EDL过程可视化仿真子系统，各子系统接收初始状态参数进行初始化；

EDL过程环境仿真子系统根据接收的仿真初始化状态参数，计算对应仿真时刻的环境数据信息，将所述环境数据信息发送给进入舱仿真子系统；

进入舱仿真子系统接收EDL过程环境仿真子系统发送的环境数据信息以及GNC模拟子系统发送的控制指令；利用接收到的环境数据信息以及控制指令计算下一时刻进入舱的动力学状态信息，进而模拟生成敏感器测量数据，将生成的敏感器测量数据发送给GNC模拟子系统，将环境数据信息、动力学状态信息以及敏感器测量信息发送给仿真总控子系统；

GNC模拟子系统根据进入舱仿真子系统发送的敏感器测量数据生成控制指令，并发送给进入舱仿真子系统，进入舱仿真子系统根据控制指令完成相应的动作，同时GNC模拟子系统将估计的进入舱位置、速度、姿态、角速度和控制指令发送给仿真总控子系统；

火星EDL过程可视化仿真子系统内运行火星EDL过程中涉及的三维模块，接收仿真总控子系统发送的进入舱的动力学状态信息、环境数据信息以及控制指令实时驱动各三维模块，全程同步演示火星EDL过程。

优选的，GNC模拟子系统接收仿真总控子系统发送的上行注入数据，对GNC相关状态进行更改，模拟地面站对进入舱状态进行监视干预功能。

优选的，所述仿真初始化状态参数包括仿真阶段、仿真初始时间、进入舱初始位置、速度、姿态。

优选的，所述环境数据信息包括大气密度、温度、风速和天体引力加速度以及当前星下点预设范围的地形数据。

优选的，EDL过程环境仿真子系统通过下述方式计算对应仿真时刻的环境数据信息：