一种月面数字环境构建仿真系统技术方案

一种月面数字环境构建仿真系统，地月时空基准模拟模块用于为整个仿真系统提供时空基准，以及不同时空基准间的转换关系；月表数据资源管理模块，利用遥感数据和影像数据，经对齐和多层次划分处理，生成月面多尺度栅格数据，用于根据视点位置实时动态加载；月面综合环境模拟模块，用于对月面光照、星空背景、地表材质、形貌特征、月尘散布进行建模；仿真任务工况管理模块，用于建立探测器模型和敏感器模型，并根据需求进行敏感器配置，为敏感器提供数据，获取敏感器输出的数据；月面场景渲染演示模块，用于对包括月表数据、月面综合环境、探测器模型的场景图像进行渲染。测器模型的场景图像进行渲染。测器模型的场景图像进行渲染。

【技术实现步骤摘要】
一种月面数字环境构建仿真系统


[0001]本专利技术涉及一种月面数字环境构建仿真系统，属于深空探测


技术介绍

[0002]开展载人月球探测、月球基地建设等任务，对导航避障、定点着陆提出了更高的要求；其中，月面地形和月壤特性对环境感知、特征识别以及导航制导与控制算法的设计和验证具有重要影响。现有仿真环境多为包含典型月面地形特征的局部虚拟环境，或用于月面软着陆和月球车运动性能检测的力学环境、以及地面模拟的物理试验场环境。而着陆过程空间跨度大，各阶段工作任务和启用的敏感器不同，单一尺度的虚拟环境模拟难以支持着陆全过程感知决策算法的验证，目前尚不具备基于真实月面数据构建的大范围、可模拟多维属性的月面数字环境。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了月面数字环境精细构建问题。
[0004]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
[0005]一种月面数字环境构建仿真系统，包括地月时空基准模拟模块、月表数据资源管理模块、月面综合环境模拟模块、仿真任务工况管理模块、月面场景渲染演示模块；
[0006]地月时空基准模拟模块用于为整个仿真系统提供时空基准，以及不同时空基准间的转换关系；
[0007]月表数据资源管理模块，利用遥感数据和影像数据，经对齐和多层次划分处理，生成月面多尺度栅格数据，用于根据视点位置实时动态加载；
[0008]月面综合环境模拟模块，用于对月面光照、星空背景、地表材质、形貌特征、月尘散布进行建模；
>[0009]仿真任务工况管理模块，用于建立探测器模型和敏感器模型，并根据需求进行敏感器配置，为敏感器提供数据，获取敏感器输出的数据；
[0010]月面场景渲染演示模块，用于对包括月表数据、月面综合环境、探测器模型的场景图像进行渲染。
[0011]优选的，时空基准中的时间基准至少包括恒星时、世界时、历书时、太阳系质心力学时；
[0012]时空基准中的空间基准至少包括地球质心坐标系、月球质心坐标系、行星质心坐标系、太阳黄道坐标系、航天器本体系、敏感器坐标系。
[0013]优选的，所述根据视点位置实时动态加载时，在月面多尺度栅格数据的基础上，叠加虚拟地形和地面反射特性数据。
[0014]优选的，叠加虚拟地形数据的方法为：在真实地形数据分辨率之上，采用随机中点位移法对原有较低分辨率的月面数据进行内插加密，生成精细地形后添加随机布置月球陨
石坑以及月球石块数据，生成具有细节特征的虚拟地形，最大限度模拟高分辨率的月面形貌。
[0015]优选的，叠加地面反射特性数据的方法为：在数字正摄影像图数据上，选择性叠加描述地表材质和多谱段反射特性的材料特性数据，根据表面材料的几何以及光学属性建立反射方程，计算双向反射分布函数或增加其它敏感器测量原理模拟所需的工程矢量数据。
[0016]优选的，利用遥感数据和影像数据，经对齐和多层次划分处理，生成月面多尺度栅格数据的方法为：
[0017]基于描述月球地貌形态空间分布的数字高程模型叠加数字正摄影像图数据，经过坐标配准和地形、地图分层级切片处理，获得月面多尺度栅格化地形数据。
[0018]优选的，月面多尺度栅格数据通过地理信息系统数据管理和流送插件进行实时动态加载。
[0019]优选的，对月面光照、星空背景、地表材质、形貌特征、月尘散布进行建模的方法包括：
[0020]获取恒星、太阳、行星、月球的位置，基于所述位置，进行行星可视化环境模型的搭建和星空背景模拟；
[0021]基于太阳和月球相对位置关系模拟月面光照及阴影，能够根据仿真时间和空间位置实时反映真实月表材质和形貌特征；
[0022]根据月尘颗粒仿真数据，建立粒子团的空间包络模型，用于实现羽流和月尘特性的场景建模和可视化模拟。
[0023]优选的，所述月尘颗粒仿真数据包括月尘颗粒的空间位置、月尘颗粒大小、密度、质量。
[0024]优选的，建立探测器模型和敏感器模型，并根据需求进行敏感器配置，为敏感器提供数据的方法为：
[0025]敏感器包括可见光成像、三维激光成像、测速测距类敏感器；
[0026]建模探测器本体三维数字模型，并根据型号配置，调用所需敏感器模型，根据任务需求进行各敏感器安装位置、部件参数和工作方式初始化；
[0027]根据敏感器输入接口，调取指定视场或方向的地形、图像、高度、斜距、反射特性，为敏感器模型测量模拟提供真值数据。
[0028]本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：
[0029](1)本专利技术在全月真实地形数据库和局部地区探测影像数据的基础上，增加月面综合环境参数化建模，手动添加或随机生成月面特征元素，构建小尺度细节特征的形貌数据，以最大限度模拟高分辨率的月面形貌；
[0030](2)本专利技术建立的仿真系统能够根据着陆器所在位置，自动调取对应层级的地形数据，同时满足地形分辨率需求和仿真实时性要求；
[0031](3)本专利技术可接收外部数据驱动，调用粒子系统仿真月尘环境，模拟探测器着陆过程中发动机羽流激起月尘的实时效果，最大程度还原探测器着落过程中真实环境；
[0032](4)本专利技术建立的仿真系统不仅能够提供月面环境视景仿真，同时可作为可见光成像、三维激光成像、测速测距类敏感器等数字单机的目标对象，提供图像、三维测量和斜距等原始测量信息，为闭环仿真提供环境目标模拟。
附图说明
[0033]图1为本专利技术仿真系统的组成示意图。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。
[0035]一种月面数字环境构建仿真系统，即一种大范围月面数字环境精细构建仿真系统，如图1所示，包括：
[0036](1)地月时空基准模拟模块：建立空间任务时空基准及转换模型，为探测任务仿真建模提供时空描述框架；其中，时间基准及转换模型包括恒星时(ST)、世界时(UTC)、历书时(ET)、太阳系质心力学时(TDB)等常用时间基准及其转换关系；空间基准及转换模型包括地球/月球/行星质心坐标系(固连系、J2000惯性坐标系)、太阳黄道坐标系、航天器本体系、敏感器坐标系等常用空间基准及其转换关系；
[0037](2)月表数据资源管理模块：存储探月工程遥感测量和影像数据，经空间基准转换模型对齐和多层次划分处理，生成月面多尺度栅格化地形数据，载入仿真系统并根据视点位置实时动态加载，并叠加精细化虚拟地形和体现地面反射特性的材质数据；具体实施过程如下：
[0038](2.1)基于描述月球地貌形态空间分布的数字高程模型(DEM)叠加数字正摄影像图(DOM)数据，经过坐标配准和地形、地图分层级切片处理，将月面多尺度栅格化地形数据通过地理信息系统(GIS)数据管理和流送插件载入仿真系统；
[0039](2.2)采用细节层次技术(LOD)进行月面多尺度栅格化地形数据实时动态加载，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种月面数字环境构建仿真系统，其特征在于，包括地月时空基准模拟模块、月表数据资源管理模块、月面综合环境模拟模块、仿真任务工况管理模块、月面场景渲染演示模块；地月时空基准模拟模块用于为整个仿真系统提供时空基准，以及不同时空基准间的转换关系；月表数据资源管理模块，利用遥感数据和影像数据，经对齐和多层次划分处理，生成月面多尺度栅格数据，用于根据视点位置实时动态加载；月面综合环境模拟模块，用于对月面光照、星空背景、地表材质、形貌特征、月尘散布进行建模；仿真任务工况管理模块，用于建立探测器模型和敏感器模型，并根据需求进行敏感器配置，为敏感器提供数据，获取敏感器输出的数据；月面场景渲染演示模块，用于对包括月表数据、月面综合环境、探测器模型的场景图像进行渲染。2.根据权利要求1所述的仿真系统，其特征在于，时空基准中的时间基准至少包括恒星时、世界时、历书时、太阳系质心力学时；时空基准中的空间基准至少包括地球质心坐标系、月球质心坐标系、行星质心坐标系、太阳黄道坐标系、航天器本体系、敏感器坐标系。3.根据权利要求1所述的仿真系统，其特征在于，所述根据视点位置实时动态加载时，在月面多尺度栅格数据的基础上，叠加虚拟地形和地面反射特性数据。4.根据权利要求3所述的仿真系统，其特征在于，叠加虚拟地形数据的方法为：在真实地形数据分辨率之上，采用随机中点位移法对原有较低分辨率的月面数据进行内插加密，生成精细地形后添加随机布置月球陨石坑以及月球石块数据，生成具有细节特征的虚拟地形，最大限度模拟高分辨率的月面形貌。5.根据权利要求3所述的仿真系统，其特征在于，叠加地面反射特性数据的方法为：在数字正摄影像图数据上，选择性叠加描述地表材质和多谱段反射特性的材料特性数据，根据表面材...

【专利技术属性】
技术研发人员：王硕，王鹏基，胡海霞，魏春岭，涂俊峰，胡少春，张晓文，孙赫婕，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：