CN104020970B - 一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法 - Google Patents

Abstract

一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法，它有五大步骤：一、启动多通道环幕投影设备，在环幕上显示计算机主机里所输出的内容；二、启动试验系统中的模拟卫星、测量相机、测量计算机、主控计算机，确保无线通信和局域网连接正常；三、启动测量计算机和主控计算机中的测量、控制和转换软件，采集试验数据，测量计算机将数据传送给主控计算机，主控计算机将数据分别转换为文本数据、动静态图像数据；四、启动显示计算机中的多元数据接收端软件、主控计算机中的多元数据发送端软件，开始多元数据的发送、接收；五、显示计算机接收端软件在接收到数据后，便在多通道环幕上显示试验所采集到文本数据、动静态图像数据。

Description

一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法

技术领域

本发明涉及一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法，特别是涉及航天器在轨加注系统地面集成试验多元数据多通道环幕显示方法，具体涉及一种虚拟现实领域的航天器在轨加注系统研究中文本数据、静态图像数据和动态图像数据的获取、传输及其在多通道环幕上显示的方法，属于计算机网络集群和大屏幕拼接显示技术领域。

背景技术

对于航天器在轨加注系统，前期在地面采用物理样机进行卫星模拟飞行，开展地面集成试验可以节约成本，实现前期论证、关键技术实验、地面试验资源的统筹整合，形成先期概念研究、关键技术攻关和综合集成试验的支撑环境，从而能够确保技术研究的可持续发展。地面集成试验主要以实验床技术开展，是一个可以建立集需求分析、组件集成、总体设计、指标论证、仿真试验等功能于一体的综合试验平台。具有节约成本、降低风险、模块化程度高、重复利用性好、缩短研发周期、最终实现“更好、更快、更省”的优势。

地面集成试验得到的电压、电流、温度、压力或声音等物理量被转换成电讯号，通过无线通讯传输到电脑接收端。经过处理后可以得到文本数据、数据曲线或者是图形图像。

已有的相关研究存在一些问题：第一，地面集成试验得到的数据只是传输到个人电脑接收端，然后在显示器上面显示；第二，即便将显示器的内容投影到普通的标准投影系统，投影幕布的尺寸也比较小，视野不够宽阔，分辨率低，显示的内容有限。以上两个问题使得能每次能同时观看到地面集成试验数据的人员有限，而每次参与地面集成试验的人数通常又比较多，给试验人员对地面集成试验得到的数据讨论、交流带来很大的不便。因此有必要开发出一种能有更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率的显示方法来显示地面集成试验得到的数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法，以解决现有投影显示系统显示尺寸小、视野窄、显示内容少、显示分辨率低等问题。

本发明基于一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法，包括如下步骤：

步骤一：启动多通道环幕投影设备，包括投影环幕布，三台投影仪、控制多通道环幕显示的计算机(以下简称显示计算机)，以便在投影环幕布上显示主控计算机里所输出的内容。

步骤二：启动航天器在轨加注系统地面集成试验系统中的所有硬件设备，包括模拟卫星(包含模拟服务星、模拟目标星)、测量相机、测量计算机、主控计算机，同时确保无线通信和局域网连接正常。

步骤三：启动航天器在轨加注系统地面集成试验系统中测量计算机中的测量软件、主控计算机中的控制软件、转换软件，模拟服务星和模拟目标星开始模拟对接加注，采集试验所得到的实验数据，试验数据通过模拟卫星上的无线发送装置传输给测量计算机上面的无线接收模块，测量计算机通过局域网将数据传送给主控计算机，主控计算机根据需要采用相应的转换软件将数据分别转换为文本数据、静态图像数据或者动态图像数据。

步骤四：启动显示计算机中的多元数据接收端软件、地面集成试验试验端主控计算机中的多元数据发送端软件，显示计算机和地面集成试验主控计算机之间通过局域网相连通，开始多元数据的发送、接收。

步骤五：显示计算机接收端软件在接收到数据后，便可以在多通道环幕上显示航天器在轨加注地面集成实验所采集到的数据，包括文本数据、静态图像数据、动态图像数据。

其中，在步骤一中所述的显示计算机为普通的个人计算机或者笔记本电脑。

其中，在步骤一中所述的投影仪为市面上所售的普通投影仪。

其中，在步骤二中所述的模拟卫星是一种物理样机，为航天器在轨加注系统地面集成试验需要所搭建，其上包含有气浮垫，反作用飞轮，喷气系统，单片机系统。模拟卫星通过气浮垫可以浮在空中，通过反作用飞轮和喷气系统可以实现前后左右运动，通过单片机系统控制具体的运动方向，从而控制模拟服务星飞向模拟目标星，模拟太空中的卫星对接。

其中，在步骤二中所述的测量相机为市面上所购买的电荷耦合器件相机。

其中，在步骤二中所述的测量计算机、主控计算机为普通的个人计算机或者笔记本电脑，测量计算机包含测量主计算机和测量从计算机两台计算机。系统中的两部测量相机分别与一台测量计算机相连，两台测量计算机再组成主从式网络。网络中的每台计算机独立处理一个立体相机获取的图像，完成目标识别和位置、姿态测量处理；测量从计算机再将处理结果通过网络传给测量主计算机，融合形成模拟卫星目标识别和位姿测量结果，交给主控机。

其中，在步骤三中所述的测量软件、转换软件、控制软件为采用C++语言在Microsoft Visual Studio2010(以下简称VS2010)平台上自主开发的工具。

其中，在步骤四中所述的接收端软件和发送端软件为采用C++语言在VS2010平台上自主开发的工具。

其中，步骤二、三中所述的航天器在轨加注地面集成试验试验系统的构成附图1有详细说明，该实现系统由航天器在轨加注地面集成试验课题组的其他同事所搭建。

本发明一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法，其优点和功效在于：将数据通过局域网传输到控制多通道环幕显示的计算机上，并投影到多通道环幕上进行显示，比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果，可以供多人在同一时间同一空间观看到显示的内容。

附图说明

图1是航天器在轨加注系统地面集试验试验床系统方案图。

图2是多通道环幕立体投影系统方案图。

图3是本发明所提出的航天器在轨加注地面集成实验多元数据多通道环幕显示方法的系统流程图。

图中具体标号如下：

1模拟目标星；2模拟服务星；

3模拟目标星上的无线发送模块；4模拟服务星上的无线发送模块；

5加注机构；6对接机构；

7喷气系统；8、9测量相机；10主控计算机

11、12测量从、主计算机；

13、14、15计算机上的无线接收模块；

16地面集成试验的大理石平台；17气浮垫；

18显示计算机；19、20、21投影仪；25地面试验硬件平台；

26投影环幕布。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明。

本试验所涉及的硬件设施平台及其工作情况见图1、2所示，本发明基于一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法，见图3，它包括如下步骤：

步骤一：启动多通道环幕投影设备，包括投影环幕布26，三台投影仪19、20、21，显示计算机18，以便在投影环幕布26上展现主控计算机10所输出的内容，如图2所示。

步骤二：启动航天器在轨加注系统地面集成试验系统中的所有硬件设备，包括模拟卫星(包含模拟服务星2、模拟目标星1)，测量相机8、9，测量从、主计算机11、12，主控计算机10，确保无线通信和局域网连接正常，如图1所示。16为地面集成试验放置硬件设备的大理石平台。

步骤三：启动航天器在轨加注系统地面集成试验系统中测量从、主计算机11、12中的测量软件、主控计算机10中的控制软件、转换软件，模拟服务星2和模拟目标星1开始模拟对接加注，采集试验所得到的试验数据，试验数据通过模拟卫星上1、2的无线发送模块3、4传输给测量计算机上面的无线接收模块13、14，测量主计算机12通过局域网将数据传送给主控计算机10，主控计算机10根据我们的需要采用相应的转换软件将数据分别转换为文本数据、静态图像数据或者动态图像数据，如图1所示。

步骤四：启动显示计算机18中的多元数据接收端软件、地面集成试验试验端主控计算机10中的多元数据发送端软件，显示计算机18和地面集成试验的主控计算机10之间通过局域网相连通，开始多元数据的发送、接收，如图2所示。

步骤五：显示计算机18接收端软件在接收到数据后，便可以在多通道的投影环幕布26上显示航天器在轨加注地面集成实验所采集到的数据，包括文本数据、静态图像数据、动态图像数据，如图2所示。

其中，在步骤一中所述的显示计算机18为普通的个人计算机或者笔记本电脑。

其中，在步骤一中所述的投影仪19、20、21为市面上所售的普通投影仪。

其中，在步骤二中所述的模拟卫星(包含模拟服务星2、模拟目标星1)是一种物理样机，为航天器在轨加注系统地面集成试验需要所搭建，其上包含有气浮垫17，喷气系统7，单片机系统(图中未标出)。模拟卫星1,2通过气浮垫17可以浮在空中，通过喷气系统7可以实现前后左右运动，通过单片机系统控制具体的运动方向，从而控制模拟服务星2飞向模拟目标星1，模拟太空中的卫星对接。

其中，在步骤二中所述的测量相机8、9为市面上所购买的电荷耦合器件相机。

其中，在步骤二中所述的测量从、主计算机11、12、主控计算机10为普通的个人计算机或者笔记本电脑，测量从、主计算机包含测量主计算机12和测量从计算机11。系统中的测量相机8与测量主计算机12相连，测量相机9与测量从计算机11相连，两台测量从、主计算机11、12组成主从式网络。测量主计算机12处理测量相机8获取的图像，测量从计算机11处理测量相机9获取的图像，完成目标识别和位置、姿态测量处理；测量从计算机11再将处理结果通过网络传给测量主计算机12，融合形成模拟卫星目标识别和位姿测量结果，交给主控计算机10。

其中，在步骤三中所述的测量软件、转换软件、控制软件为采用C++语言在VS2010平台上自主开发的工具。

其中，在步骤四中所述的接收端软件和发送端软件为采用C++语言在VS2010平台上自主开发的工具。

其中，步骤二、三中所述的航天器在轨加注地面集成试验试验系统的构成附图1有详细说明，该实现系统由航天器在轨加注地面集成试验课题组的其他同事所搭建。

如图1，发明方法中使用的硬件设备包括：个人计算机(其中包括用于地面集成试验的主控计算机10，测量从、主计算机11、12，显示计算机18)；模拟卫星(包括目标星1，服务星2)，每个模拟卫星上有加注机构5，对接机构6，喷气系统7，气浮垫17，模拟卫星上的无线发送模块3、4；测量相机8、9，计算机上的无线接收模块13、14、15，分别是13、15为测量从、主计算机11、12上用于接收，14为主控计算机10上用于发送接收。

如图2，发明方法中使用的硬件设备包括：个人计算机(其中包括用于地面集成试验的主控计算机10，测量从、主计算机11、12，显示计算机18)，投影仪19、20、21，投影环幕布26。

发明中所使用的软件系统包括：Windows7专业版计算机操作系统，VS2010,网络通讯协议有关的网卡驱动程序，与屏幕显示有关的显卡驱动程序，地面集成试验测量计算机中所使用的测量软件(在VS2010平台上使用C++自己开发)，地面集成试验的主控计算机10上的发送端软件(在VS2010平台上使用C++自己开发)，显示计算机上18的接收端软件(在VS2010平台上使用C++自己开发)，主控计算机上10的转换软件(在VS2010平台上使用C++自己开发)。

本发明方法中，系统运行的操作方法如下：首先启动系统中的各种设备，包括显示计算机18、投影仪19、20、21，用于地面集成试验的实验设备，模拟卫星，测量相机8、9，测量从、主计算机11、12，计算机上的无线接收模块13、14、15。然后将系统中的设备建立通讯联系，包括模拟卫星上的无线发送模块3、4和测量从、主计算机11、12、主控计算机10之间的无线联络，两台测量从、主计算机11、12、主控计算机10和显示计算机18之间的局域网联络。接下来开始地面集成试验，启动测量相机8、9，主控计算机10控制模拟卫星上的气浮垫17、喷气系统7，单片机系统，控制模拟卫星运行，模拟服务星2飞向模拟目标星1，测量从、主计算机11、12通过接受到的测量相机8、9测得的数据进行运算，得到两颗模拟卫星的位置并将数据发送给主控计算机10，主控计算机10借助控制软件通过单片机系统控制模拟卫星对接。在此过程中，两颗模拟卫星上的无线发送模块3、4将我们所需要的各种试验数据传送给测量从、主计算机11、12，两台测量从、主计算机11、12经过运算转换后将我们需要的数据传送给主控计算机10。在主控计算机上我们将需要展示给大家进行交流讨论的数据(包括文本数据、静态图像数据、动态图像数据)传送给显示计算机18，显示计算机18接收端接收数据后即可在投影环幕布26上显示，供参与实验的人员进行交流讨论。

图1是航天器在轨加注系统地面集试验试验床系统方案图。模拟卫星无线发送模块3、4，喷气系统7，加注机构5，对接机构6，气浮垫17均是固定在模拟卫星上面。测量相机8、9与测量从、主计算机11、12分别通过线缆连接。测量从、主计算机11、12分别与计算机上的无线接收模块13、15相连接，用于接收模拟卫星上发送过来的数据。主控计算机10与测量从、主计算机11、12组成局域网，并与计算机上的无线接收模块14相连，发送数据给模拟卫星上的无线发送模块3、4控制其运动。

图2是多通道环幕立体投影系统方案图。25为图1中所示的地面集成试验的试验设备的合并缩略，11、12为两台测量从、主计算机，10是主控计算机。18为显示计算机，19、20、21为三台投影仪，26为投影环幕布。显示计算机18接收到主控计算机10传送过来的数据后，即可经过三台投影仪19、20、21在投影环幕布26上显示。

图3是本发明所提出的航天器在轨加注地面集成实验多元数据多通道环幕显示方法的系统流程图。首先启动多通道环幕显示的所有设备，使环幕上能正确显示与之相连的计算机所输出的内容。然后启动地面集成试验的所有硬件设备和软件，开始进行航天器在轨加注地面集成试验，并采集实验数据，根据需要转换成文本数据、静态图像数据或者动态图像数据。接下来启动地面集成试验主控机上的发送端软件和控制多通道环幕显示的计算机上的接收端软件，在主控计算机10上将需要在多通道的投影环幕布26上显示的内容传送到控制多通道环幕显示的计算机上面，最后使它们显示在多通道的投影环幕布26上。

本发明实现了航天器在轨加注地面集成试验多元数据多通道环幕显示方法，通过将地面集成试验所采集到的数据传输到多通道环幕上进行显示，能获得比普通的标准投影系统更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果，可以供多人在同一时间同一空间观看到显示的内容，方便参与地面集成试验的众多实验人员进行交流沟。

Claims (7)

1.一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法，其特征在于：它包括如下步骤：

步骤一：启动多通道环幕投影设备，包括投影环幕布，三台投影仪、控制多通道环幕显示的计算机，以便在投影环幕布上显示主控计算机里所输出的内容；

步骤二：启动航天器在轨加注系统地面集成试验系统中的所有硬件设备，包括模拟卫星即模拟服务星和模拟目标星、测量相机、测量计算机、主控计算机，同时确保无线通信和局域网连接正常；

步骤三：启动航天器在轨加注系统地面集成试验系统中测量计算机中的测量软件、主控计算机中的控制软件、转换软件，模拟服务星和模拟目标星开始模拟对接加注，采集试验所得到的实验数据，试验数据通过模拟卫星上的无线发送装置传输给测量计算机上面的无线接收模块，测量计算机通过局域网将数据传送给主控计算机，主控计算机根据需要采用相应的转换软件将数据分别转换为文本数据、静态图像数据或者动态图像数据；

步骤四：启动显示计算机中的多元数据接收端软件、地面集成试验试验端主控计算机中的多元数据发送端软件，显示计算机和地面集成试验主控计算机之间通过局域网相连通，开始多元数据的发送、接收；

步骤五：显示计算机接收端软件在接收到数据后，便在多通道的投影环幕布上显示航天器在轨加注地面集成实验所采集到的数据，包括文本数据、静态图像数据、动态图像数据；

其中，在步骤二中所述的模拟卫星是一种物理样机，为航天器在轨加注系统地面集成试验需要所搭建，其上包含有气浮垫，反作用飞轮，喷气系统，单片机系统；模拟卫星通过气浮垫浮在空中，通过反作用飞轮和喷气系统实现前后左右运动，通过单片机系统控制具体的运动方向，从而控制模拟服务星飞向模拟目标星，模拟太空中的卫星对接。

2.根据权利要求1所述的一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法，其特征在于：在步骤一中所述的显示计算机为普通的个人计算机或者笔记本电脑。

3.根据权利要求1所述的一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法，其特征在于：在步骤一中所述的投影仪为普通投影仪。

4.根据权利要求1所述的一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法，其特征在于：在步骤二中所述的测量相机为电荷耦合器件相机。

5.根据权利要求1所述的一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法，其特征在于：在步骤二中所述的测量计算机、主控计算机为普通的个人计算机或者笔记本电脑，测量计算机包含测量主计算机和测量从计算机两台计算机，系统中的两部测量相机分别与一台测量计算机相连，两台测量计算机再组成主从式网络；网络中的每台计算机独立处理一个立体相机获取的图像，完成目标识别和位置、姿态测量处理；测量从计算机再将处理结果通过网络传给测量主计算机，融合形成模拟卫星目标识别和位姿测量结果，交给主控机。

6.根据权利要求1所述的一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法，其特征在于：在步骤三中所述的测量软件、转换软件、控制软件为采用C++语言在Microsoft Visual Studio 2010即VS2010平台上自主开发的工具。

7.根据权利要求1所述的一种航天器在轨加注系统地面试验数据多通道环幕显示方法，其特征在于：在步骤四中所述的接收端软件和发送端软件为采用C++语言在VS2010平台上自主开发的工具。