[发明专利]深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统及方法

权利要求书

1.一种深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统，其特征在于，所述深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统包括：

太阳光模拟器，被配置为建立小天体表面环境时间，以对不同小天体时间下的着陆区域进行光学环境模拟；

小天体模拟沙盘，被配置为建立小天体表面环境的高程形貌，以对不同小天体高程形貌下的着陆区域进行导航模拟；

运动模拟系统，被配置为构建观测小天体的光学载荷的运动参数，模拟真实的卫星光学载荷，并对所述小天体模拟沙盘的表面环境图像进行采集，所述运动模拟系统将所述表面环境图像发送至实时仿真机；

所述实时仿真机，被配置为根据所述表面环境图像控制所述运动模拟系统的运动，以使所述运动模拟系统抵近所述小天体模拟沙盘的最优着陆区域。

2.如权利要求1所述的深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统，其特征在于，所述太阳光模拟器包括平行光源及光源运动控制装置，其中：

所述平行光源照射于所述小天体模拟沙盘上，用于模拟小天体表面不同角度的入射太阳光；

所述光源运动控制装置包括第一滑道和第二滑道，所述第一滑道和所述第二滑道之间通过横杆相连，所述横杆能够沿所述第一滑道和所述第二滑道滑动，所述平行光源安装于所述横杆上，所述平行光源能够沿所述横杆上平移，所述平行光源还能够在所述横杆上俯仰转动及摆动转动，所述平行光源模拟太阳光四自由度的入射角度。

3.如权利要求1所述的深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统，其特征在于，所述运动模拟系统包括机械臂、导航相机和激光测距仪，其中：

所述导航相机和所述激光测距仪安装于所述机械臂的TCP端，所述机械臂的TCP端能够6自由度移动，以模拟光学载荷的位姿，所述导航相机与所述激光测距仪模拟光学载荷本体；

所述导航相机采集所述小天体模拟沙盘的表面环境图像，所述激光测距仪获取所述光学载荷本体与所述小天体模拟沙盘的距离信息；

所述表面环境图像及所述距离信息传送至所述实时仿真机。

4.如权利要求3所述的深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统，其特征在于，所述实时仿真机包括GNC系统，其中：

所述导航相机将所述表面环境图像通过相机后端算法进行预处理，发送至所述GNC系统；

所述GNC系统包括所述小天体模拟沙盘的高程形貌数据库，所述实时仿真机将所述表面环境图像与所述高程形貌数据库进行图像匹配，以获取匹配结果；

所述GNC系统根据所述匹配结果解算所述光学载荷的位姿。

5.如权利要求4所述的深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统，其特征在于，所述运动模拟系统还包括控制机柜和PLC；

所述GNC系统评估所述光学载荷的位姿，以获取着陆导航轨迹修正指令；

所述实时仿真机根据所述着陆导航轨迹修正指令形成制导率，并将所述制导率发送至所述PLC；

所述PLC将所述制导率进行转码后形成制导指令，并将所述制导指令发送至所述控制机柜；

所述控制机柜根据所述制导指令对所述机械臂的各个自由度进行解耦，形成解耦指令，以控制所述机械臂在各个自由度的运动。

6.如权利要求5所述的深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统，其特征在于，所述机械臂根据所述解耦指令修正末端运动轨迹，以控制所述导航相机进行着陆轨迹修正；

通过多次修正，所述导航相机抵近所述小天体模拟沙盘最优着陆区域，以运动实现飞行器制导，验证着陆段光学导航算法。

7.如权利要求1所述的深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统，其特征在于，

所述小天体模拟沙盘的面积为3平方米，所述小天体模拟沙盘的表面经过哑光处理，所述小天体模拟沙盘的表面高低起伏最大20cm；

所述小天体模拟沙盘根据bennu小天体1：800等比缩小，所述小天体模拟沙盘的表面分辨率根据比例缩放后设定为0.1mm。

8.一种深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证方法，其特征在于，所述深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证方法包括：

太阳光模拟器建立小天体表面环境时间，以对不同小天体时间下的着陆区域进行光学环境模拟；

小天体模拟沙盘建立小天体表面环境的高程形貌，以对不同小天体高程形貌下的着陆区域进行导航模拟；

运动模拟系统构建观测小天体的光学载荷的运动参数，模拟真实的卫星光学载荷，并对所述小天体模拟沙盘的表面环境图像进行采集，所述运动模拟系统将所述表面环境图像发送至实时仿真机；

所述实时仿真机根据所述表面环境图像控制所述运动模拟系统的运动，以使所述运动模拟系统抵近所述小天体模拟沙盘的最优着陆区域。