CN109724593A - 一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法 - Google Patents

一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法 Download PDF

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邓松波
张栩曼
李科
李通通
杨涛
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Abstract

本发明属于空间飞行器突防策略有效性验证模拟技术领域，具体涉及一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法。本发明为针对空间飞行器地面微重力环境全物理试验系统提供基于气浮式原理的多自由度的空间飞行器位置和姿态运动，并提供位置和姿态反馈信息，用于实时控制模拟器的位置和姿态，为突防系统的方案设计和优化提供了全物理仿真分析验证的手段。

Description

一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法
技术领域
本发明属于空间飞行器突防策略有效性验证模拟技术领域，具体涉及一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法。
背景技术
空间飞行器突防策略和传统的飞行器相比，采用了全新的突防模式，装有多种探测器，具有一定的战场态势感知能力，通过躲避机动策略，有效避开来袭飞行器的拦截。
这种全新的突防模式，需要建立相应的试验验证手段对突防有效性进行验证，并可对突防方案的各个环节及技术指标进行设计和优化，空间飞行器突防模拟系统以数字仿真为数据支持，通过全物理仿真手段对空间飞行器突防探测系统、过载对抗的有效性以及空间飞行器机动策略进行试验验证，为突防系统的方案设计和优化提供全物理仿真分析验证的手段。
发明内容
本发明需要解决的技术问题为：提供一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法，为针对空间飞行器地面微重力环境全物理试验系统提供基于气浮式原理的多自由度的空间飞行器位置和姿态运动，并提供位置和姿态反馈信息，用于实时控制模拟器的位置和姿态。
本发明的技术方案如下所述：
一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法，包括以下步骤：
步骤S1：对模拟器进行定位，采用iGPS，在花岗石平台四周固定布置4个激光发射器，采用自由组网模式；
步骤S2：进行快速系统标定；
步骤S3：数据采集结束后，通过标定算法对数据进行分析处理；
步骤S4：通过优化计算发射器到标准杆上接收器的方位角的交叉，计算出在同一坐标系内每一个发射器的方位信息；
步骤S5：每一台气浮运动模拟器配置两个DTK KIT接收器；
步骤S6：地面测试计算机对测量数据进行采集与处理，所有信息经此处理后输出给模拟器上位机系统进行位置信息计算与控制；
步骤S7：气浮模拟器姿态平台上配备惯性测量系统，用于测量姿态平台的姿态信息，通过数据接口连接姿态平台嵌入式下位控制器；
步骤S8：采用组合导航传感器融合算法引擎实现长时间高精度的姿态信息测量；
步骤S9：下位控制器融合姿态惯性测量系统及iGPS识别出的位置和姿态坐标信息，根据其上相应的控制算法，驱动电磁开关阀组开关或者反作用飞轮正反转来达到对气浮台位置及姿态控制状态跟踪的任务。
作为优选方案：iGPS测量系统标定时间小于10分钟；标定后测量精度小于1mm，刷新频率大于40Hz。
作为优选方案：惯性导航测量系统的件航向角测量范围为0°～360°；俯仰角测量范围为±90°；横滚角测量范围为±180°；加速度计量程为±10g；寻北精度为0.06°；姿态精度为0.01°。
本发明的有益效果为：
本发明的一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法，针对空间飞行器地面微重力环境全物理试验系统，能够提供基于气浮式原理的多自由度的空间飞行器位置和姿态运动，并提供位置和姿态反馈信息，用于实时控制模拟器的位置和姿态，为突防系统的方案设计和优化提供了全物理仿真分析验证的手段。
附图说明
图1为一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法进行详细说明。
五自由度气浮模拟器利用飞轮和喷嘴的作用提供动力，利用传感器测量反馈模拟器的位置信息和状态信息，使模拟器运动到指定的位置和姿态状态点，实现气浮模拟器位姿状态跟踪。五自由度气浮模拟器的位置测量和姿态测量可以将相应的测量传感系统合理布置，使位置信息和姿态信息解耦，分别进行测量。
本发明的一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法，包括以下步骤：
步骤S1：对模拟器进行定位，本实施例采用iGPS(indoor-GPS)，在花岗石平台四周固定布置4个激光发射器，采用自由组网模式，确保无死角地对模拟器进行精确定位。
步骤S2：进行快速系统标定，本实施例中采用2m长矢量标准测量工具进行标定。
步骤S3：数据采集结束后，通过标定算法对数据进行分析处理。
步骤S4：通过优化计算发射器到标准杆上接收器的方位角的交叉，计算出在同一坐标系内每一个发射器的方位信息。
步骤S5：对于气浮运动模拟器，其上需要配置接收器，由于一个DTK KIT接收器无法确定模拟器绕DTK KIT接收器轴线方向转动时带来的质心平动，而且考虑防止信号遮罩，所以每一台气浮运动模拟器需要配置两个DTK KIT接收器。
步骤S6：地面测试计算机及其Surveyor、Spatial Analyzer软件对测量数据进行采集与处理，所有信息经此处理后输出给模拟器上位机系统进行位置信息计算与控制。
步骤S7：气浮模拟器姿态平台上配备惯性测量系统，用于测量姿态平台的姿态信息，通过RS422数据接口连接姿态平台嵌入式下位控制器。
步骤S8：上下位机之间都配备了高性能的IEEE 802.11g无线装置。借助于全新的组合导航传感器融合算法引擎XW Fusion Engine(XFE)，实现长时间高精度的姿态信息测量。
步骤S9：下位控制器融合姿态惯性测量系统及iGPS识别出的位置和姿态坐标信息，根据其上相应的控制算法，驱动电磁开关阀组开关或者反作用飞轮正反转来达到对气浮台位置及姿态控制状态跟踪的任务。
本实施例中，iGPS测量系统标定时间小于10分钟；标定后测量精度小于1mm，刷新频率大于40Hz；惯性导航测量系统的件航向角测量范围为0°～360°；俯仰角测量范围为±90°；横滚角测量范围为±180°；加速度计量程为±10g；寻北精度为0.06°(1σ)；姿态精度为0.01°(1σ)。

Claims (3)

1.一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：对模拟器进行定位，采用iGPS，在花岗石平台四周固定布置4个激光发射器，采用自由组网模式；
步骤S2：进行快速系统标定；
步骤S3：数据采集结束后，通过标定算法对数据进行分析处理；
步骤S4：通过优化计算发射器到标准杆上接收器的方位角的交叉，计算出在同一坐标系内每一个发射器的方位信息；
步骤S5：每一台气浮运动模拟器配置两个DTK KIT接收器；
步骤S6：地面测试计算机对测量数据进行采集与处理，所有信息经此处理后输出给模拟器上位机系统进行位置信息计算与控制；
步骤S7：气浮模拟器姿态平台上配备惯性测量系统，用于测量姿态平台的姿态信息，通过数据接口连接姿态平台嵌入式下位控制器；
步骤S8：采用组合导航传感器融合算法引擎实现长时间高精度的姿态信息测量；
步骤S9：下位控制器融合姿态惯性测量系统及iGPS识别出的位置和姿态坐标信息，根据其上相应的控制算法，驱动电磁开关阀组开关或者反作用飞轮正反转来达到对气浮台位置及姿态控制状态跟踪的任务。
2.根据权利要求1所述的一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法，其特征在于：iGPS测量系统标定时间小于10分钟；标定后测量精度小于1mm，刷新频率大于40Hz。
3.根据权利要求1或2所述的一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法，其特征在于：惯性导航测量系统的件航向角测量范围为0°～360°；俯仰角测量范围为±90°；横滚角测量范围为±180°；加速度计量程为±10g；寻北精度为0.06°；姿态精度为0.01°。
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