[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

说明书

本发明提供了一种深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统及方法，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。

技术领域

本发明涉及卫星导航制导与控制技术领域，特别涉及一种深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统及方法。

背景技术

深空小天体探测周期长、技术难点多、经验不足，其中导航制导与控制是影响任务成败的首要技术，验证天体导航算法，提高导航与着陆精度有三种方式，分别为物理试验、数值仿真、半物理试验，数值仿真难以模拟实际场景与环境，无法对导航算法进行闭环优化；半物理实验与物理实验能够较好完成小天体附近导航的模拟，搭建深空小天体导航与控制地面模拟环境是开展深空小天体探测的基础。国内外尚无小天体表面着陆导航试验平台，为节约任务成本，提高任务成功率，应加快导航地面试验系统建设，开展导航验证试验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统及方法，以解决现有的国内外尚无小天体表面着陆导航试验平台的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统及方法，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。

可选的，在所述的深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统中，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。

可选的，在所述的深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统中，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。

可选的，在所述的深空小天体着陆段光学导航算法的地面验证系统中，所述实时仿真机包括GNC系统，其中：