一种基于光学和惯性组合测量的自主GNC仿真试验系统

摘要

一种基于光学和惯性组合测量的自主GNC仿真试验系统，包括：一体化敏感器、动态天体及恒星模拟器、GNC模块、动力学仿真与环境模拟模块、无线电测速与测距模拟器、仿真总控模块和三轴转台。本发明把一体化敏感器引入到仿真试验系统中，采用三轴转台实现了航天器的姿态运动，采用动力学仿真与环境模拟模块仿真了深空航天器的动力学特性和空间环境干扰，对于深空航天器的动力学和外部环境特性模拟真实可靠。

主权项

一种基于光学和惯性组合测量的自主GNC仿真试验系统，其特征在于包括：一体化敏感器、动态天体及恒星模拟器、GNC模块、动力学仿真与环境模拟模块、无线电测速与测距模拟器、仿真总控模块和三轴转台；动态天体及恒星模拟器实现导航天体形状以及恒星之间几何关系的模拟，无线电测速与测距模拟器实现无线电测量信号的模拟；仿真总控模块发送指令给动态天体及恒星模拟器，动态天体及恒星模拟器接收到指令后进行导航天体模拟和恒星模拟；三轴转台实现航天器姿态运动模拟，仿真总控模块发送指令给三轴转台，三轴转台接收到指令后模拟航天器姿态运动，三轴转台的角度和角速度信息返回给仿真总控模块；一体化敏感器安装在三轴转台上，用于实现对动态天体及恒星模拟器模拟的导航天体成像、恒星星图成像以及本体系下航天器姿态角速度的测量，从而得到恒星星图、导航天体图像和航天器姿态角速度信息；GNC模块采集一体化敏感器输出的导航天体图像、恒星星图和航天器姿态角速度信息，对采集到的恒星星图进行图像处理得到航天器的姿态角，对采集到的导航天体图像进行图像处理得到航天器的第一种位置和速度信息，仿真总控模块发送指令给无线电测速与测距模拟器，无线电测速与测距模拟器收到指令后进行无线电测量信号的模拟并发送给GNC模块，GNC模块采集无线电测速与测距模拟器输出的无线电测量信号，并对该信号进行处理之后也得到航天器的第二种位置和速度信息，然后根据数据融合算法将所述第一种位置和速度信息以及第二种位置和速度信息进行数据融合处理，得到融合后的航天器位置和速度信息，GNC模块根据所述航天器位置和速度信息以及预设的轨道控制策略产生控制指令，并将控制指令发送给动力学仿真与环境模拟模块；动力学仿真与环境模拟模块接收到GNC模块的控制指令后，进行深空航 天器的动力学仿真，并将仿真的结果发送给仿真总控模块；仿真总控模块将接收到的航天器动力学仿真结果与航天器位置和姿态信息真实值进行比较，进而得到导航控制精度。