[发明专利]基于增强现实的航天器地面模拟仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天器模拟技术领域，尤其涉及基于增强现实的航天器地面模拟仿真方法。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

空间飞行器一旦发射将难以维修，其特殊的运行环境使其地面仿真试验显得尤为重要，目前对于空间飞行器地面仿真主要分为三类：(1)数学/计算机软件仿真；(2)半物理仿真；(3)全物理仿真。其中最有效、最有说服力的是全物理仿真试验。其核心设备室三轴气浮台，依靠压缩空气在气浮轴承与轴承座之间形成的气膜，使模拟台体浮起，从而实现近似无摩擦的相对运动条件，以模拟卫星等空间飞行器在外层空间所受干扰力矩很小的力学环境。实践证明，基于气浮台的全物理仿真试验能够显著提高飞行器的效费比，降低风险，缩短研发周期，是空间飞行器研制过程中的重要手段和方法。

经文献检索，李季苏、牟小刚等在论文“大型卫星三轴气浮台全物理仿真系统”(见《控制工程》，2001年，第3期，页码22-26)中介绍了一种大型卫星三轴气浮台全物理仿真系统的组成、技术指标和用途等，该系统属于本地控制范畴，没有基于分布式网络化仿真的思想构建。

厉明，纪勇，贾宏光，续志军等在论文“基于快速仿真原型的飞行器半物理仿真系统”(见《光学精密工程》，2008年，第16卷第10期，页码1949-1955)中设计了基于快速仿真原型技术的大闭环半物理飞行实时仿真系统，通过光纤反射内存网络实现高速互联，但该系统仍然属于本地仿真范畴，并且属于半物理仿真，不适用于分布式网络化全物理仿真的设计。

中国发明专利(申请号201010544722.5)名称“卫星动力学与控制分布式仿真平台”中构建一种卫星动力学与控制分布式数字仿真平台，实现不同任务卫星控制系统的“柔性”设计，但该专利不适用于全物理仿真，不能用于分布式全物理仿真平台的构建。

此外，现有技术中数学仿真的偏重于算法的分析，物理仿真偏重于设备功能的验证，前者是纯数学公式的计算，没有任何实物介入系统仿真，缺少说服力；后者必须依赖实物，有时因为某些组件无法再地面工作而采用等效模拟的方法，并且必须全部参试实物都具备了才能开展试验测试。上述方法都有个最大的问题是测试仿真很抽象，但从数据或现场不能直观的看到航天器的运行场景。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于增强现实的航天器地面模拟仿真方法，能够在仿真的同时能够看到航天器实际运动的场景，并且实现分布式全物理仿真，提高挠性的模拟程度，扩大所模拟的振型的范围，提高所模拟的频率的范围。

本发明基于增强现实的航天器地面模拟仿真方法，包括如下步骤：

S1、按照时间顺序实时将地面全物理模拟系统发送的地面航天器位姿信息存储至AR设备的存储单元；

S2、实时向所述存储单元发送携带时间信息的数据请求，获取与该时间信息对应的地面航天器位姿信息作为待显示位姿信息；

S3、基于待显示位姿信息调整AR设备显示界面的虚拟模拟系统中所有虚拟器件的虚拟位姿；

其中，时间信息是指：当前时刻，或者用户输入的操作请求中携带的时间指令；AR设备的虚拟模拟系统与地面全物理模拟系统的结构相同；地面全物理模拟系统为分布式系统。

优选地，地面全物理模拟系统包括：

三轴气浮台，以及设置在三轴气浮台上的星载计算机、敏感器、执行器和挠性模拟器。

优选地，挠性模拟器的数量为一个、两个或更多个。

优选地，虚拟模拟系统进一步包括：虚拟地球；步骤S3进一步包括：

基于待显示位姿信息调整虚拟模拟系统中所有虚拟器件相对于所述虚拟地球的相对位置。

优选地，虚拟模拟系统进一步包括：虚拟银河系；步骤S3进一步包括：

基于待显示位姿信息调整虚拟模拟系统在银河系的相对位置。

优选地，虚拟银河系包括：虚拟星空，以及航天器周围的虚拟卫星、虚拟行星、虚拟恒星。

优选地，步骤S3之前、或者S3的同时、或者步骤S3之后进一步包括：

基于待显示位姿信息确定航天器的挠性变形量；

当挠性变形量超过预设的上限值时，缩小虚拟模拟系统在显示界面的显示比例；

当挠性变形量低于预设的下限值时，放大虚拟模拟系统在显示界面的显示比例。

优选地，当挠性变形量超过预设的上限值时，虚拟模拟系统在显示界面的显示比例为：

X＝X₀+Δx₁，其中，