CN103017788B - 一种基于信息融合的星际自主导航地面试验验证系统 - Google Patents

Abstract

一种基于信息融合的星际自主导航地面试验验证系统，包括：导航敏感器、动态天体模拟器、X射线脉冲星信号模拟器、导航计算模块、遮光罩、仿真总控模块和机械转台，导航敏感器安装在机械转台上。仿真总控模块发送指令给导航计算模块，导航计算模块接收到指令之后控制导航敏感器对动态天体模拟器生成的天体图像成像，并将所述天体成像结果发送给导航计算模块，导航计算模块接收成像结果后计算出航天器的位置信息；同时导航计算模块还根据接收到的X射线脉冲星模拟器的脉冲信号计算出航天器的位置信息，然后通过信息融合算法计算出航天器的位置信息。本发明增强了自主星际导航技术地面仿真验证的真实性和可靠性。

Description

一种基于信息融合的星际自主导航地面试验验证系统

技术领域

本发明涉及一种基于信息融合的星际自主导航地面试验验证系统，属于星际自主导航物理仿真领域。

背景技术

星际导航是通过传感器确定航天器的轨道信息，现有航天器的导航大多是依靠地面设备完成的。随着航天器星际探索发展的需要，单纯依靠地面站测控定轨的传统导航方式，将不可避免的面临天地通信链路容量不足，测量距离有限等问题，星际自主导航技术因此受到广泛的关注。

星际自主导航技术利用航天器上的测量设备实时地确定航天器自身的位置和速度。主要包括惯性导航和天文导航，惯性导航具有短时精度高、连续输出、完全自主等优点，但是由于其误差随时间积累需要修正不能用于星际导航，因此星际导航主要采用天文导航。天文导航采用利用恒星、行星确定航天器，通过导航相机和X射线探测器来确定航天器的位置和速度信息。采用自主光学导航技术和脉冲星导航技术相融合的方案，克服了单独使用光学导航和脉冲星导航的缺点，具备了导航精度高、可靠性高的优点。

现有的导航数学仿真方法已不能适应自主导航技术地面仿真验证的需要，信号模拟全部采用数学模型，模拟的有效性难以保证，迫切需要具有敏感器硬件在回路、模拟精度高、工况真实的星际自主导航地面试验验证系统。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于信息融合的星际自主导航地面试验验证系统，实现了对导航天体形状和大小以及背景恒星的几何关系的模拟，X射线脉冲星辐射脉冲信号特性的模拟，增强了自主星际导航技术地面仿真验证的真实性和可靠性。

本发明的技术解决方案是：

一种基于信息融合的星际自主导航地面试验验证系统，包括：导航敏感器、动态天体模拟器、X射线脉冲星信号模拟器、导航计算模块、遮光罩、仿真总控模块、机械转台，导航敏感器安装在机械转台上；

导航敏感器实现对导航天体的光学成像，动态天体模拟器实现导航天体的模拟、机械转台实现航天器姿态运动模拟，导航敏感器和动态天体模拟器之间通过弹性遮光罩连接，隔离机械转台运动对动态天体模拟器光路的影响，X射线脉冲星信号模拟器实现脉冲星脉冲信号幅值和相位的模拟；

仿真总控模块同时发送指令给动态天体模拟器、X射线脉冲星信号模拟器和机械转台，动态天体模拟器接收到指令后进行导航天体模拟，生成天体图像，X射线脉冲星信号模拟器收到指令后进行脉冲信号幅值和相位的模拟，机械转台接收到指令后模拟航天器姿态运动，并将机械转台的角度和角速度信息提供给仿真总控模块；

仿真总控模块发送指令给导航计算模块，导航计算模块接收到指令之后控制导航敏感器对动态天体模拟器生成的天体图像成像，并将所述天体成像结果发送给导航计算模块，导航计算模块接收成像结果后计算出航天器的位置信息；同时导航计算模块还根据接收到的X射线脉冲星模拟器的脉冲信号计算出航天器的位置信息，然后通过信息融合算法计算出航天器的位置信息。

所述导航计算模块接收成像结果后计算出航天器的位置信息具体为：导航计算模块通过星历计算和对所述天体成像结果进行图像处理得到天体的视半径，从而计算出航天器的位置信息。

所述导航计算模块还根据接收到的X射线脉冲星模拟器的脉冲信号计算出航天器的位置信息具体为：导航计算模块将接收到的X射线脉冲星模拟器的脉冲信号与到达太阳的标准X射线脉冲星信号进行相位对比，从而计算出航天器的位置信息。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明提出基于信息融合的星际自主导航系统具有导航天体模拟效果真实、实时性好、试验可操作性强，能够同时模拟导航天体光学图像、X射线脉冲星辐射脉冲信号，实现多源自主导航技术地面仿真试验验证。

(2)本发明把导航敏感器引入到仿真试验系统中，采用机械转台实现了航天器的姿态运动，对于航天器的真实工况考虑细致全面。并且本发明系统具有导航天体光学图像和导航脉冲星信号实时显示功能，具备自主精度验证功能。

附图说明

图1为本发明系统架构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

本发明提供了一种基于信息融合的星际自主导航地面试验验证系统，用于星际自主导航技术的地面仿真验证，实现了对导航天体形状和大小模拟，X射线脉冲星辐射脉冲信号的模拟，增强了自主星际导航技术地面仿真验证的真实性和可靠性。

如图1所示为本发明的系统组成，主要有以下模块组成：导航敏感器、动态天体模拟器、X射线脉冲星信号模拟器、导航计算模块、遮光罩、仿真总控模块和机械转台；导航敏感器安装在机械转台上；

导航敏感器实现对导航天体的光学成像，动态天体模拟器实现导航天体的模拟、机械转台实现航天器姿态运动模拟，导航敏感器和动态天体模拟器之间通过弹性遮光罩连接，隔离机械转台运动对动态天体模拟器光路的影响，X射线脉冲星信号模拟器实现脉冲星脉冲信号幅值和相位的模拟；

仿真总控模块同时发送指令给动态天体模拟器、X射线脉冲星信号模拟器和机械转台，动态天体模拟器接收到指令后进行导航天体模拟，生成天体图像，X射线脉冲星信号模拟器收到指令后进行脉冲信号幅值和相位的模拟，机械转台接收到指令后模拟航天器姿态运动，并将机械转台的角度和角速度信息提供给仿真总控模块；

仿真总控模块发送指令给导航计算模块，导航计算模块接收到指令之后控制导航敏感器对动态天体模拟器生成的天体图像成像，并将所述天体成像结果发送给导航计算模块，导航计算模块接收成像结果后计算出航天器的位置信息；同时导航计算模块还根据接收到的X射线脉冲星模拟器的脉冲信号计算出航天器的位置信息，然后通过信息融合算法计算出航天器的位置信息。

导航计算模块接收成像结果后计算出航天器的位置信息具体为：导航计算模块通过星历计算和对所述天体成像结果进行图像处理得到天体的视半径，从而计算出航天器的位置信息。

导航计算模块还根据接收到的X射线脉冲星模拟器的脉冲信号计算出航天器的位置信息具体为：导航计算模块将接收到的X射线脉冲星模拟器的脉冲信号与到达太阳的标准X射线脉冲星信号进行相位对比，从而计算出航天器的位置信息。

本发明中动态天体模拟器由高精度大口径可变目标标准源组成，通过改变导航天体的大小实现对导航天体位置的模拟。

本发明中X射线脉冲星信号模拟器根据仿真总控模块的指令实现各种X射线脉冲星发出的脉冲信号的模拟，能够实现甚高精度脉冲到达时间模拟。

本发明中的机械转台主要是根据仿真总控模块的指令下实现卫星姿态运动模拟，机械转台由外环、中环、内环轴组成，导航敏感器安装在机械转台的内环轴上。

本发明中的遮光罩实现了导航敏感器和动态天体模拟器的弹性连接，隔离了导航敏感器运动对动态天体模拟器光路的影响，

本发明中的导航敏感器由光学系统模块和电路处理系统模块组成，光学系统模块采用两反射镜加孔径校正器的光学镜头结构型式，镜头承力采用一种模块集成一体化的结构布局方案。电路处理系统模块，通过CCD敏感元件采集视频信号，进行去直流、放大、增益变换、采样保持、AD转换处理后转换成数字信号，传送给仿真总控模块。

Claims (1)

1.一种基于信息融合的星际自主导航地面试验验证系统，其特征在于包括：导航敏感器、动态天体模拟器、X射线脉冲星信号模拟器、导航计算模块、遮光罩、仿真总控模块和机械转台，导航敏感器安装在机械转台上；

导航敏感器实现对导航天体的光学成像，动态天体模拟器实现导航天体的模拟、机械转台实现航天器姿态运动模拟，导航敏感器和动态天体模拟器之间通过弹性遮光罩连接，隔离机械转台运动对动态天体模拟器光路的影响，X射线脉冲星信号模拟器实现脉冲星脉冲信号幅值和相位的模拟；

仿真总控模块同时发送指令给动态天体模拟器、X射线脉冲星信号模拟器和机械转台，动态天体模拟器接收到指令后进行导航天体模拟，生成天体图像，X射线脉冲星信号模拟器收到指令后进行脉冲信号幅值和相位的模拟，机械转台接收到指令后模拟航天器姿态运动，并将机械转台的角度和角速度信息提供给仿真总控模块；

仿真总控模块发送指令给导航计算模块，导航计算模块接收到指令之后控制导航敏感器对动态天体模拟器生成的天体图像成像，并将所述天体成像结果发送给导航计算模块，导航计算模块接收成像结果后计算出航天器的位置信息；同时导航计算模块还根据接收到的X射线脉冲星模拟器的脉冲信号计算出航天器的位置信息，然后通过信息融合算法计算出航天器的位置信息；

所述导航计算模块接收成像结果后计算出航天器的位置信息具体为：导航计算模块通过星历计算和对所述天体成像结果进行图像处理得到天体的视半径，从而计算出航天器的位置信息；

所述导航计算模块还根据接收到的X射线脉冲星模拟器的脉冲信号计算出航天器的位置信息具体为：导航计算模块将接收到的X射线脉冲星模拟器的脉冲信号与到达太阳的标准X射线脉冲星信号进行相位对比，从而计算出航天器的位置信息。