[发明专利]用于空间视觉导航敏感器的动态模拟器

摘要

用于空间视觉导航敏感器的动态模拟器，属于空间飞行器的视觉导航技术领域。本发明是为了解决视觉导航敏感器的现有动态测试方法存在的试验成本高及误差标定过程复杂的问题。它包括高频红外激光器、光学系统、光源探测器光纤支架、光源探测器光纤、图像输出器、直线位移机构、光学平台、支架、控制器和动力学计算机，动态模拟器与动力学计算机和视觉导航敏感器以快装方式构成闭环系统，用于飞行控制半物理仿真试验验证；控制器从动力学计算机接收飞行器的6个自由度数据，经过数据处理和控制系统计算得到目标在视觉导航敏感器上的坐标，利用映射关系模型得到目标在动态模拟器图像输出器上的坐标。本发明用于空间视觉导航敏感器的视觉导航。

主权项

1.一种用于空间视觉导航敏感器的动态模拟器，其特征在于，它包括高频红外激光器(1)、光学系统(2)、光源探测器光纤支架(3)、光源探测器光纤(4)、图像输出器(5)、直线位移机构(6)、光学平台(7)、支架(8)、控制器(10)和动力学计算机(11)，直线位移机构(6)和支架(8)均设置在光学平台(7)上，支架(8)用于固定视觉导航敏感器(9)；高频红外激光器(1)、光学系统(2)、光源探测器光纤支架(3)、光源探测器光纤(4)和图像输出器(5)均设置于直线位移机构(6)上；光源探测器光纤支架(3)用于固定光源探测器光纤(4)，光源探测器光纤支架(3)位于光学系统(2)输出端的前端，光源探测器光纤支架(3)的轴线与光学系统(2)的轴线重合；高频红外激光器(1)用于为图像输出器(5)提供成像照明；视觉导航敏感器(9)的主光轴与光学系统(2)的主光轴相对应，动力学计算机(11)和控制器(10)通过通信接口连接；控制器(10)包括敏感器照明光源探测器，该敏感器照明光源探测器通过光源探测器光纤(4)检测视觉导航敏感器(9)内部光源的启动与关闭；动态模拟器启动阶段，图像输出器(5)未被照明时，控制器(10)接收动力学计算机(11)输出的目标飞行器的模拟6自由度信息Di，并进行计算获得目标飞行器在视觉导航敏感器(9)像平面上的坐标，再通过映射关系模型得到目标飞行器在图像输出器(5)上的坐标；控制器(10)再根据计算获得的目标飞行器在图像输出器(5)上的坐标生成目标飞行器图像，并在图像输出器(5)上显示；控制器(10)通过光源探测器光纤(4)检测获得视觉导航敏感器(9)内部光源的启动时刻，同时控制高频红外激光器(1)启动照明，使高频红外激光器(1)输出的光束经过匀化后照射在图像输出器(5)上，光束经图像输出器(5)反射后经过光学系统(2)产生平行光束并在视觉导航敏感器(9)像平面上成像，控制器(10)同时控制图像输出器(5)显示目标飞行器图像的时间，实现图像输出器(5)的有效图像输出与视觉导航敏感器(9)内部光源的照明同步；然后，视觉导航敏感器(9)对图像输出器(5)的反射光束实时生成图像，并对该生成图像进行计算，获得目标飞行器的实时6自由度信息Do，动力学计算机(11)将模拟6自由度信息Di和实时6自由度信息Do进行比较，通过计算二者的偏差评价视觉导航敏感器(9)的功能，并在连续工作中对视觉导航敏感器(9)的动态性能进行测试；最后，控制器(10)再通过光源探测器光纤(4)检测视觉导航敏感器(9)内部光源的关闭时刻，控制高频红外激光器(1)关闭照明；所述映射关系模型的获得方法为：图像输出器(5)依次输出三幅校正图像，视觉导航敏感器(9)依次对三幅校正图像进行成像获得三幅对照图像，控制器(10)根据三幅校正图像与三幅对照图像之间的关系，建立映射关系模型；具体方法为：首先，图像输出器(5)输出1阶正向映射图像作为第一幅校正图像，视觉导航敏感器(9)对1阶正向映射图像成像，获得1阶正向映射对照图像采用最大相关法匹配目标，计算从1阶正向映射图像到1阶正向映射对照图像对应目标质心之间的比例位移关系和旋转关系；其次，图像输出器(5)输出5阶正向映射图像作为第二幅校正图像，该5阶正向映射图像为17×17个矩形目标点图像，视觉导航敏感器(9)对5阶正向映射图像成像，获得5阶正向映射对照图像用所述的比例位移关系和旋转关系引导5阶正向映射图像和5阶正向映射对照图像上目标点的一一对应关系，计算从5阶正向映射图像到5阶正向映射对照图像上对应目标质心之间的5阶多项式正向映射模型；最后，图像输出器(5)输出5阶反向映射图像作为第三幅校正图像，该5阶反向映射图像为51×51个矩形目标点图像，视觉导航敏感器(9)对5阶反向映射图像成像，获得5阶反向映射对照图像用所述5阶多项式正向映射模型引导5阶反向映射图像和5阶反向映射对照图像上目标点的一一对应关系，计算从5阶反向映射对照图像到5阶反向映射图像上对应目标质心之间的5阶多项式反向映射模型；该5阶多项式反向映射模型作为所述映射关系模型。