[发明专利]组合自主导航系统的地面半物理仿真平台

权利要求书

1.一种组合自主导航系统的地面半物理仿真平台，其特征在于，包括模拟天体、轨道、巡迹小车和上位机，其中：

模拟天体的数量根据实际情况设置，至少为两个，模拟天体在平面场地内固定放置，其位置要求为：巡迹小车在沿轨道运动过程中，始终至少有两个模拟天体位于巡迹小车上搭载的摄像头模块的视场内；模拟天体之间根据颜色或形状区分，每个模拟天体上设置有多普勒波源模块，多普勒波源的频率根据从上位机接收的波源参数设置信号进行设置；

轨道铺设在平面场地内，其轨迹根据实际需要设置；

巡迹小车上搭载有多普勒导航模块、摄像头导航模块、巡迹控制模块、处理器模块和通信模块，其中：

多普勒导航模块在巡迹小车运动过程中接收模拟天体波源所发出的信号，根据多普勒效应计算巡迹小车相对于各个模拟天体的速度，发送给处理器模块；

摄像头导航模块的视线方向与巡迹小车的运动方向相同，在巡迹小车运动过程中持续拍摄模拟天体的图像，对图像中的模拟天体进行识别，根据模拟天体图像在图像中的位置，计算巡迹小车当前在平面场地中与模拟天体位置的几何角度，发送给处理器模块；

巡迹控制模块对轨道进行路径识别，控制巡迹小车的速度和运动方向，使巡迹小车按照预设速度沿轨道行驶；巡迹控制模块包括路径识别模块、电机驱动模块、舵机驱动模块和最小系统模块，其中：

路径识别模块对轨道进行识别，确定巡迹小车当前运动方向与轨道方向的偏移角度，将偏移角度发送至最小系统模块；

电机驱动模块根据预定速度对巡迹小车的速度进行闭环控制；

舵机驱动模块根据方向控制信号控制巡迹小车的转向；

最小系统模块接收路径识别模块发送的偏移角度，生成方向控制信号发送给舵机驱动模块；

处理器模块接收多普勒导航模块发送的速度信息和摄像头导航模块发送的角度信息，根据存储的模拟天体在平面场地中的坐标，调用组合自主导航算法计算巡迹小车的坐标，并将速度信息、角度信息和坐标信息一起发送给通信模块；

通信模块接收处理器模块发送的巡迹小车的速度信息、角度信息和坐标信息，上传至上位机；

上位机接收设置的波源频率信息，生成波源参数设置信号发送给模拟天体上的多普勒波源模块；接收巡迹小车的速度信息、角度信息和坐标信息进行显示，并根据坐标信息拟合得到巡迹小车的轨迹，通过对比该轨迹与轨道的实际轨迹的相似度，判断得到组合自主导航算法的性能。

2.根据权利要求1所述的地面半物理仿真平台，其特征在于，所述摄像头模块包括CMOS摄像头、图像处理模块和角度计算模块，其中CMOS摄像头拍摄模拟天体的图像发送给图像处理模块，图像处理模块从拍摄图像中识别出模拟天体，将模拟天体在图像中的位置发送给角度计算模块，角度计算模块根据模拟天体在图像中的位置计算得到巡迹小车在平面场地中与模拟天体位置的几何角度。

3.根据权利要求1或2所述的地面半物理仿真平台，其特征在于，所述多普勒波源采用超声波波源。

4.根据权利要求3所述的地面半物理仿真平台，其特征在于，所述巡迹小车的预设速度通过以下换算公式得到：

其中，v表示实际飞行器的速度，c表示光速，θ表示实际飞行器与实际天体的位置矢量与实际飞行器运动方向之间的夹角；u表示超声波在空气中的传播速度，v_o表示巡迹小车的速度，β表示巡迹小车与模拟天体波源矢量与巡迹小车运动方向之间的夹角。