[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

摘要

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。

主权项

1.一种深空探测器着陆自主光学导航目标成像模拟系统，其特征在于：本系统包括目标天体地形地貌生成单元、阴影投影生成单元、导航相机成像模拟单元、数据输入输出单元；目标天体地形地貌生成单元通过多边形三维地形数据分别与导航相机成像模拟单元、阴影投影生成单元进行交互；导航相机成像模拟单元与数据输入输出单元进行交互；阴影投影生成单元通过阴影投影贴图与导航相机成像模拟单元进行交互连接；数据输入输出单元与阴影投影生成单元进行交互连接；目标天体地形地貌生成单元负责读取地形粗DEM数据、地表参数配置文件和地表特征配置文件，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，实现导航相机目标的成像模拟；目标天体地形地貌生成单元，包括其相应的地形DEM数据库和两个配置文件；目标天体地形地貌生成单元为一个单独的程序，在使用本系统进行仿真之前，研究人员必须先使用目标天体地形地貌生成单元预先生成符合要求精度的生成目标着陆天体的地形数据；地形DEM数据库包含了部分当前人类已探测过的天体的粗DEM数据，包括月球、火星、433Eros、25143Itokawa的DEM数据，当数据库没有包含研究人员所要模拟着陆的目标天体数据时，研究人员可以手动导入符合数据格式要求的目标天体地形DEM数据；地形参数配置文件为文本文件格式，研究人员能够使用任意文本编辑器打开进行编辑配置，配置的参数包括：目标天体名称、大致着陆轨迹、最终着陆区域范围、DEM精度要求；指定大致着陆轨迹、最终着陆区域范围是为了更好的对生成的三维地形模型进行优化，只生成探测器经过区域的高分辨率地形模型，提高生效效率；地形特征配置文件为文本格式，研究人员能够使用任意文本编辑器打开进行编辑配置，配置的参数包括：地形生成模式，如果设定为随机生成，研究人员需指定陨石坑分布参数、岩石分布参数；如果为指定具体参数生成，则需要设置陨石坑个数，各个陨石坑的年龄、直径、深度、位置参数，以及岩石的个数，各个岩石的大小、位置参数，可以两种生成模式混合使用；目标天体地形地貌生成单元生成目标天体地形地貌特征的多边形三维地形数据的流程如下：(1)启动，读取根据研究人员配置好的地形参数配置文件、地形特征配置文件、目标天体DEM数据；(2)根据地形参数，通过分形算法对目标天体DEM数据进行处理，然后进行模糊处理，使地形更加平滑，最后获得所需要的高分辨率DEM数据；(3)根据地形特征参数和陨石坑、岩石数学模型，生成符合要求的陨石坑和岩石三维模型，并与(2)生成的DEM数据进行叠加处理，生成多边形三维地形数据，生成地形数据通过分块存储不同精度的地形数据，以用于阴影投影贴图生成单元和导航相机成像模型单元读取使用。