[发明专利]一种深空探测器着陆自主光学导航目标成像模拟系统

说明书

一种小行星探测器着陆动力学模拟系统，目标天体地行地貌生成单元负责读取地形粗DEM数据、地表参数配置文件，地表特征配置文件，通过算法生成符合目标天体地形地貌特征的多边形三维地形数据；阴影投影生成单元负责根据星历，计算当前模拟时间目标天体相对太阳的位置和太阳光线入射角度，渲染生成阴影投影贴图；导航相机成像模拟单元负责根据当前相机参数、位置、光照参数、地形材质信息，渲染生成符合相机要求的图像；数据输入输出单元负责根据协议，接收并解算客户端发送过来的相机位置、姿态参数和当前模拟时间数据，同时将渲染生成的图像数据按照协议打包发送给客户端，用于自主光学导航系统解算，实现导航目标的成像模拟。

技术领域

本发明涉及一种深空探测器着陆自主光学导航目标成像模拟系统，属于基于虚拟现实技术的数字仿真系统。

背景技术

在深空探测中，由于目标天体距离地球遥远，探测器和地面站之间存在着较长的通讯延迟，基于深空网的导航制导方式无法满足要求，因此，着陆探测器必须具有自主导航、制导与控制(GNC)的能力。光学导航系统具有体积小、功耗低、信息量大等优点，可以在整个着陆过程中提供探测器位置、速度、姿态信息，并在最终着陆段实现障碍检测以保证探测器能安全软着陆。基于光学导航相机和IMU的导航系统被认为是深空探测器实现精确软着陆天体的最佳导航方案之一，目前美国NASA下属的JPL实验室、欧盟的ESA、日本的宇宙科学研究所(ISAS)等都对基于光学相机的导航系统进行了大量的研究，并取得了一定的进展。

目前基于光学导航系统的数字仿真验证平台却没有得到足够的研究和发展，在基于光学导航系统的研究中，存在以下困难：

1.真实的天体地表图像获取困难，分辨率有限；

2.目前已获取到的天体地表图像中，无法确定拍摄时高度，相机焦距等参数，从而无法计算图像上的目标点在相机坐标系下的空间位置；

3.无法获得探测器下降过程中连续的地表图像，从而无法对整个下降过程的进行数字仿真；

4.目前已获取到的天体地表图像中，没有和图像相匹配的雷达测距图像，无法对基于高程图和图像的障碍检测算法进行仿真验证；

5.无法对基于光学导航的探测器软着陆导航控制系统进行闭环仿真。