CN113984070A - 一种卫星编队运动状态地面模拟系统 - Google Patents

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沈洪兴
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Abstract

本发明涉及航空航天技术领域，提出一种卫星编队运动状态地面模拟系统，包括：多个卫星姿态运动模拟系统，所述卫星姿态运动模拟系统包括二自由度转动平台以及地面平动装置；以及位姿测量系统，所述位姿测量系统包括位置测量系统以及姿态测量系统。本发明通过提出一种卫星编队运动状态地面模拟系统，可以模拟卫星编队的在轨相对运动状态，进而可以在分布式载荷投入使用前完成分布式载荷的在轨协同工作能力的地面演示验证。

Description

一种卫星编队运动状态地面模拟系统
技术领域
本发明总的来说涉及航空航天技术领域。具体而言，本发明涉及一种卫星编队运动状态地面模拟系统。
背景技术
卫星载荷技术以及平台新研单机，在投产前通常需要进行地面的演示验证以确认卫星载荷技术以及平台新研单机对卫星平台运动状态的适应性及在轨应用的可行性。而搭载于卫星编队的分布式载荷，投入使用前，还需进行在轨协同工作能力的地面演示验证。
发明内容
为至少解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种卫星编队运动状态地面模拟系统，包括：
多个卫星姿态运动模拟系统，所述卫星姿态运动模拟系统包括：
二自由度转动平台，所述二自由度转动平台被配置为与地面垂直的两自由度方向上转动以模拟卫星的俯仰和滚动；以及地面平动装置，所述地面平动装置被配置为承载所述二自由度转动平台，并且所述地面平动装置在地面上转动以模拟卫星的偏航以及在地面上平移以模拟卫星编队的多个卫星之间的相对运动；
位姿测量系统，所述位姿测量系统包括：位置测量系统，所述位置测量系统被配置为测量所述多个卫星姿态运动模拟系统的位置信息；以及姿态测量系统，被配置为测量所述多个卫星姿态运动模拟系统的姿态信息。
在本发明一个实施例中规定，所述二自由度转动平台包括：
上平台，所述上平台被配置为承载卫星负载；
下平台，所述下平台布置在所述地面平动装置上；
中间立柱，所述中间立柱与所述下平台的中心连接，并且所述中间立柱通过中间主铰链与所述上平台的中心连接；以及第一伺服电动缸和第二伺服电动缸，所述第一伺服电动缸\第二伺服电动缸布置于所述上平台和所述下平台之间，并且通过伺服电动缸铰链分别与上平台和下平台连接。
在本发明一个实施例中规定，所述第一伺服电动缸与所述中间立柱构成的第一平面与所述第二伺服电动缸与所述中间立柱构成的第二平面垂直。
在本发明一个实施例中规定，所述地面平动装置包括地面平动台、平板小车或者无人遥控车。
在本发明一个实施例中规定，所述二自由度转动平台还包括计算机控制系统，其中由计算机控制系统控制所述第一伺服电动缸\第二伺服电动缸驱动所述上平台转动。
在本发明一个实施例中规定，由所述第一伺服电动缸\第二伺服电动缸驱动所述上平台相对于地面分别在两个自由度方向上转动-20°至20°。
在本发明一个实施例中规定，由一个所述位姿测量系统测量所述多个卫星姿态运动模拟系统的位置及姿态信息；或者由多个所述位姿测量系统分别测量多个卫星姿态运动模拟系统的位置及姿态信息。
在本发明一个实施例中规定，所述位置测量系统包括：
多个差分GPS，多个所述差分GPS分别布置于多个所述卫星姿态运动模拟系统上，其中所述差分GPS被配置为接收导航星信息以及基站信息，并且利用差分定位原理获取位置信息；以及
基站，所述基站被配置为向所述差分GPS发送自身位置信息及当前可见导航星导航信息，其中所述可见导航星导航信息包括伪距信息。。
在本发明一个实施例中规定，所述姿态测量系统包括三轴陀螺仪以及三轴加速度计。
本发明至少具有如下有益效果：通过提出一种卫星编队运动状态地面模拟系统，可以模拟卫星编队的在轨相对运动状态，进而可以在分布式载荷投入使用前完成分布式载荷的在轨协同工作能力的地面演示验证。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例中具有的及其它的优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出了本发明一个实施例中二自由度转动平台的结构示意图。
图2A-B示出了本发明一个实施例中二自由度转动平台的滚转模拟姿态示意图。
图3A-B示出了本发明一个实施例中二自由度转动平台的俯仰模拟姿态示意图。
图4示出了本发明一个实施例中在卫星编队的一个节点上卫星姿态运动模拟系统模拟卫星姿态运动的示意图。
图5示出了本发明一个实施例中卫星编队运动状态模拟示意图。
具体实施方式
应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。
在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。
下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。
在本发明的一个实施例中提出一个卫星编队运动状态地面模拟系统，包括多个卫星姿态运动模拟系统以及一个或者多个位姿测量系统。以卫星编队运动状态地面模拟系统根据卫星编队设置N个节点为例，可以在每个节点上设置一个卫星姿态运动模拟系统。
卫星姿态运动模拟系统可以包括二自由度转动平台以及地面平动装置。二自由度转动平台被配置为使卫星负载垂直于水平面的有限角度的二维转动以模拟卫星的俯仰和滚动。地面平动装置被配置为承载所述二自由度转动平台，并且地面平动装置可以在地面上平移，例如可以在地面上左转、右转，以模拟卫星的偏航；以及可以在地面上平移，例如可以前进、后退以实现N个节点上卫星姿态运动模拟系统之间的相对位置变化，进而模拟卫星编队中多个卫星之间的相对运动。
如图1所示，二自由度运动平台可以包括上平台101、下平台103、中间立柱110、中间主铰链102、第一伺服电动缸105、第二伺服电动缸108以及多个伺服电动缸铰链。
上平台101被配置为承载卫星负载，并且可以使卫星负载进行滚转和俯仰姿态运动。下平台103布置在地面平动装置上。中间立柱110与下平台103的中心连接，并且中间立柱101通过中间主铰链102与上平台101的中心连接。第一伺服电动缸105和第二伺服电动缸108布置于上平台101和下平台103之间，其中第一伺服电动缸105通过第一伺服电动缸上铰链104和第一伺服电动缸下铰链106分别与上平台101和下平台103连接，第二伺服电动缸108通过第二伺服电动缸上铰链107和第二伺服电动缸下铰链109分别与上平台101和下平台103连接。
第一伺服电动缸105与中间立柱110构成的第一平面与第二伺服电动缸108与中间立柱110构成的第二平面垂直，并且可以由计算机控制系统协调控制第一伺服电动缸105和第二伺服电动缸108的行程，以驱动上平台103在二个自由度上的运动，也就是说在笛卡尔坐标系内绕两个坐标轴转动，从而分别模拟卫星的滚转和俯仰姿态运动。其中，如图2A-B和图3A-B所示，第一伺服电动缸105\第二伺服电动缸108可以驱动上平台103相对于地面分别在两个自由度方向上转动-20°至20°。
地面平动装置被配置为可以承载二自由度转动平台。另外地面平动装置可以在地面上转动，例如可以左转、右转以模拟卫星的偏航，结合二自由度运动平台可以共同模拟卫星的三维姿态运动。并且多个地面平动装置可以在地面上平移，例如可以在地面上前进、后退以模拟卫星编队的多个卫星之间的相对运动。其中，地面平动装置可以是地面平动装台、平板小车或者无人遥控车。
位姿测量系统可以包括位置测量系统和姿态测量系统，其分别测量卫星编队运动状态地面模拟系统中每个节点上卫星姿态运动模拟系统的位置以及姿态，并且将测量数据发送给载荷，供分布式载荷数据处理使用。位姿测量系统可以设置一个或者多个，其中由一个位姿测量系统测量多个卫星姿态运动模拟系统的位置及姿态信息；或者由多个位姿测量系统中的每一个分别测量多个卫星姿态运动模拟系统的位置及姿态信息。
所述位置测量系统可以包括多个差分GPS以及基站。基站通过接收导航星信息形成自身位置信息及当前可见导航星信息，差分GPS分别布置于多个所述卫星姿态运动模拟系统上接收导航星信息、基站位置信息及基站可见导航星信息，并利用差分定位原理获取高精度位置信息，其中所述当前可见导航星信息可以是伪距信息。
所述姿态测量系统可以包括高精度三轴陀螺仪以及加速度计。
如图4所示，卫星姿态运动模拟系统可以在每个节点上将二自由度运动平台放置在地面平动装置上，以模拟单节点上卫星姿态及运动状态。
如图5所示，可以根据卫星编队构型进行节点布置以模拟卫星编队运动状态。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (9)

1.一种卫星编队运动状态地面模拟系统，其特征在于，包括：
多个卫星姿态运动模拟系统，所述卫星姿态运动模拟系统包括：
二自由度转动平台，所述二自由度转动平台被配置为与地面垂直的两自由度方向上转动以模拟卫星的俯仰和滚动；以及
地面平动装置，所述地面平动装置被配置为承载所述二自由度转动平台，并且所述地面平动装置在地面上转动以模拟卫星的偏航以及在地面上平移以模拟卫星编队的多个卫星之间的相对运动；以及
位姿测量系统，所述位姿测量系统包括：
位置测量系统，所述位置测量系统被配置为测量所述多个卫星姿态运动模拟系统的位置信息；以及
姿态测量系统，被配置为测量所述多个卫星姿态运动模拟系统的姿态信息。
2.根据权利要求1所述的卫星编队运动状态地面模拟系统，其特征在于，所述二自由度转动平台包括：
上平台，所述上平台被配置为承载卫星负载；
下平台，所述下平台布置在所述地面平动装置上；
中间立柱，所述中间立柱与所述下平台的中心连接，并且所述中间立柱通过中间主铰链与所述上平台的中心连接；以及
第一伺服电动缸和第二伺服电动缸，所述第一伺服电动缸\第二伺服电动缸布置于所述上平台和所述下平台之间，并且通过伺服电动缸铰链分别与上平台和下平台连接。
3.根据权利要求2所述的卫星编队运动状态地面模拟系统，其特征在于：所述第一伺服电动缸与所述中间立柱构成的第一平面与所述第二问服电动缸与所述中间立柱构成的第二平面垂直。
4.根据权利要求1所述的卫星编队运动状态地面模拟系统，其特征在于，所述地面平动装置包括地面平动台、平板小车或者无人遥控车。
5.根据权利要求2所述的卫星编队运动状态地面模拟系统，其特征在于，所述二自由度转动平台还包括计算机控制系统，其中由计算机控制系统控制所述第一伺服电动缸\第二伺服电动缸驱动所述上平台转动。
6.根据权利要求2所述的卫星编队运动状态地面模拟系统，其特征在于：由所述第一伺服电动缸\第二伺服电动缸驱动所述上平台相对于地面分别在两个自由度方向上转动-20°至20°。
7.根据权利要求1所述的卫星编队运动状态地面模拟系统，其特征在于：由一个所述位姿测量系统测量所述多个卫星姿态运动模拟系统的位置及姿态信息；或者
由多个所述位姿测量系统分别测量多个卫星姿态运动模拟系统的位置及姿态信息。
8.根据权利要求1所述的卫星编队运动状态地面模拟系统，其特征在于，所述位置测量系统包括：
多个差分GPS，多个所述差分GPS分别布置于多个所述卫星姿态运动模拟系统上，其中所述差分GPS被配置为接收导航星信息以及基站信息，并且利用差分定位原理获取位置信息；以及
基站，所述基站被配置为向所述差分GPS发送自身位置信息及当前可见导航星导航信息，其中所述可见导航星导航信息包括伪距信息。
9.根据权利要求1所述的卫星编队运动状态地面模拟系统，其特征在于，所述姿态测量系统包括三轴陀螺仪以及三轴加速度计。
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