【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞行器控制，具体涉及地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统与方法。
技术介绍
1、随着深空探测技术的迅速发展，针对地外天体开展的飞行探测任务已成为航天领域发展中不可忽视的重要环节。在探测任务执行过程中，飞行变轨、制动捕获、器器分离以及软着陆等阶段都存在着诸多的困难与挑战。其中，在地外天体探测软着陆阶段，探测器质心变化快、燃料消耗多，反冲推力带来的巨大冲击以及干扰力矩的非线性变化造成探测器发动机的安装基准与惯组等测量元件的测量基准出现偏差，导致姿态指向变差，位姿控制精度变低。地外天体探测软着陆分为以下阶段：巡航与进入准备段、制动减速与接近段、悬停与机动避障段以及着陆缓冲段。其中，制动减速与接近阶段需要推力设备控制探测器的姿态平衡，但探测器的多机系统会因为制动捕获、入轨应力释放以及外界冲击等因素造成基准紊乱。因此，需要在巡航与进入准备段进行一次多机系统的基准自修正，并将修正后的控制算法应用于制动减速等过程。
2、同时，悬停与机动避障过程需要推进系统进行精准的位姿控制，从而保证降落位置的准确性。但在探测器减速过程中，自身主推力发动机的制动减速以及外界冲击等因素都会给探测器带来巨大的震动与冲击，造成多机系统的基准再次出现紊乱。因此，之前的控制算法已经不适用于后续的位姿控制，需要在悬停过程中再进行一次基准自修正，保证软着陆最后阶段位姿控制的准确性。
3、为了克服基准紊乱对软着陆阶段位姿控制的影响，有必要建立一套多机系统的基准自主修正算法进行发动机的基准修正，并利用一套地面试验模拟系统对该控制策略
4、授权公告号为cn 112429276 b、专利技术名称为深空探测器推力矢量偏差的器上姿态补偿方法及系统的专利技术专利，公开的技术方案为依据地面推力器的标定结果，借助加速度计实时测量探测器轨控阶段实际速度增量与目标速度增量的偏差，最终根据推力器角度偏差值利用四元数对轨控姿态进行实时修正，实现探测器的高精度轨道控制。但是该方法基于在轨环境的推力器矢量偏差的实时修正，并未考虑外界巨大冲击对测量基准的影响，并且所涉及的方法是基于单机系统的理论推导，并没有考虑多机系统的协同修正，以及实际的物理验证。
5、授权公告号为cn 112498747 b、专利技术名称为深空探测器推力矢量与目标加速度偏差角计算方法及系统的专利技术专利，公开的技术方案为利用加速度计与陀螺测量点火状态下三轴实际速度增量，在惯性系下计算该数据与目标加速度的矢量夹角，从而辨识出探测器推力方向偏差，提高变轨精度，减少燃料消耗。但是该方法并没有阐述如何对推力偏差进行修正补偿，并且该校正算法并不适用于地外天体探测软着陆阶段的全过程，存在一定的局限性。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的问题是实现软着陆阶段的高精度位姿控制，提出地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统与方法。
2、为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统，包括运动平台、地外天体探测器模拟装置、软着陆速度模拟装置、视觉图像处理装置、地面综合管控装置；
4、所述运动平台四周设置有导轨；
5、所述地外天体探测器模拟装置放置于运动平台上，在运动平台悬浮模拟x、y方向的平动，以及绕z方向的转动；
6、所述软着陆速度模拟装置，包括机械抓手以及速度模拟驱动器，机械抓手和速度模拟驱动器固定连接，所述速度模拟驱动器置于运动平台的导轨上，所述机械抓手用于固定或释放地外天体探测器模拟系统；
7、所述视觉图像处理装置包括相机和图像处理计算机，所述相机通过支杆设置在所述地外天体探测器模拟装置的上方，并与图像处理计算机信号连接；所述图像处理计算机信号连接地面综合管控装置，所述地面综合管控装置信号连接速度模拟驱动器，所述地面综合管控装置包括工业计算机和无线路由器。
8、进一步的，所述地外天体探测器模拟装置包括第一支撑座，所述第一支撑座通过第一支撑杆和第二支撑座连接，所述第二支撑座通过第二支撑杆和第三支撑座连接；
9、所述第一支撑座下表面安装有3个气足，所述第一支撑座上表面安装有高压管路、气压检测计，所述高压管路、气压检测计、气足构成气路控制组件，所述高压管路分别连接气压检测计和气足；
10、所述第二支撑座上表面安装有运动控制器、推力控制板、惯组，所述第二支撑座侧表面正交对称安装4个冷气推力装置，冷气推力装置和推力控制板构成推力执行组件，两者信号连接；
11、所述第三支撑座上表面安装有3个测量靶标，所述惯组和测量靶标构成测量组件；所述运动控制器利用rs232串口与推力控制板通讯，进行冷气推力装置的开关控制；所述惯组利用rs422串口与运动控制器通讯，实时反馈三轴运动信息。
12、进一步的，所述相机通过高速数据传输线与图像处理计算机连接，用于传输地外天体探测器模拟装置的位姿图像信号；图像处理计算机利用局域网与地面综合管控装置通信，反馈解算后的位姿信息，实现位姿闭环控制。
13、进一步的，地面综合管控装置通过局域网与运动控制器进行通信，同时利用rs485串口与速度模拟驱动器连接，发送速度控制信号。
14、进一步的，软着陆速度模拟装置利用机械抓手与地外天体探测器模拟装置连接，使地外天体探测器模拟装置达到目标初速度，实现软着陆过程的初速度模拟，所述速度模拟驱动器为电机驱动器带动电机实现在运动平台的导轨上进行移动。
15、一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟方法，依托于所述的一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统实现，包括如下步骤：
16、s1. 对地外天体探测器模拟装置中的冷气推力装置进行偏移安装，用于模拟外界环境冲击以及入轨应力释放因素影响下的冷气推力装置出现的基准偏移情况；
17、s2. 启动所述的一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统，判断地外天体探测器地外天体探测器模拟装置、软着陆速度模拟装置、视觉图像处理装置、地面综合管控装置是否正常工作，正常工作进行下一步；
18、s3. 设置地外天体探测器地外天体探测器模拟装置的初始运动速度、期望运动轨迹，当软着陆速度模拟装置达到初始运动速度后，机械抓手释放地外天体探测器模拟装置进行运行，利用视觉图像处理装置实时记录基准偏移情况下的地外天体探测器模拟装置的运动轨迹，传输给地面综合管控装置；
19、s4. 地面综合管控装置依次控制每个冷气推力装置进行小幅度脉冲喷气，惯组依次测量每个喷气作用下三轴加速度变化量，然后运动控制器基于反馈回来的三轴加速度变化量修正推力分配控制算法，对地外天体探测器模拟装置进行基准修正，得到修正后的基于惯组坐标系的矢量分配矩阵；
20、s5. 基于步骤s4得到的修正后的基于惯组坐标系的矢量分配矩阵，重新进行步骤s3的地外天体探测器模拟装置运行，得到基准自修正后的地外天体探测器模拟装置的运动轨迹本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统，其特征在于，包括运动平台（1）、地外天体探测器模拟装置（2）、软着陆速度模拟装置（3）、视觉图像处理装置（4）、地面综合管控装置（5）；
2.根据权利要求1所述的一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统，其特征在于，所述地外天体探测器模拟装置（2）包括第一支撑座（2-9），所述第一支撑座（2-9）通过第一支撑杆（2-12）和第二支撑座（2-10）连接，所述第二支撑座（2-10）通过第二支撑杆（2-13）和第三支撑座（2-11）连接；
3.根据权利要求2所述的一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统，其特征在于，所述相机（4-1）通过高速数据传输线与图像处理计算机（4-2）连接，用于传输地外天体探测器模拟装置（2）的位姿图像信号；图像处理计算机（4-2）利用局域网与地面综合管控装置（5）通信，反馈解算后的位姿信息，实现位姿闭环控制。
4.根据权利要求3所述的一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统，其特征在于，地面综合管控装置（5）通过局域网与运动控制器（2-4）进行通
5.根据权利要求4所述的一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统，其特征在于，软着陆速度模拟装置（3）利用机械抓手（3-1）与地外天体探测器模拟装置（2）连接，使地外天体探测器模拟装置（2）达到目标初速度，实现软着陆过程的初速度模拟，所述速度模拟驱动器（3-2）为电机驱动器带动电机实现在运动平台（1）的导轨上进行移动。
6.一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟方法，依托于权利要求1-5之一所述的一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统实现，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟方法，其特征在于，步骤S4中的三轴加速度变化量修正推力分配控制算法的具体实现过程包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟方法，其特征在于，步骤S4的小幅度脉冲喷气的控制方法为喷气力度大小为0.5-1.5N、喷气时间为35-50ms。
9.根据权利要求8所述的一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟方法，其特征在于，步骤S1中进行偏移安装的方式为每个冷气推力装置与俯仰轴夹角的偏移量控制在范围内；与偏航轴夹角的偏移量控制在范围内。
...【技术特征摘要】
1.一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统，其特征在于，包括运动平台（1）、地外天体探测器模拟装置（2）、软着陆速度模拟装置（3）、视觉图像处理装置（4）、地面综合管控装置（5）；
2.根据权利要求1所述的一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统，其特征在于，所述地外天体探测器模拟装置（2）包括第一支撑座（2-9），所述第一支撑座（2-9）通过第一支撑杆（2-12）和第二支撑座（2-10）连接，所述第二支撑座（2-10）通过第二支撑杆（2-13）和第三支撑座（2-11）连接；
3.根据权利要求2所述的一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统，其特征在于，所述相机（4-1）通过高速数据传输线与图像处理计算机（4-2）连接，用于传输地外天体探测器模拟装置（2）的位姿图像信号；图像处理计算机（4-2）利用局域网与地面综合管控装置（5）通信，反馈解算后的位姿信息，实现位姿闭环控制。
4.根据权利要求3所述的一种地外天体探测软着陆多机基准修正及地面模拟系统，其特征在于，地面综合管控装置（5）通过局域网与运动控制器（2-4）进行通信，同时利用rs485串口与速度模拟驱动器（3-2）连接，发送速度控制信号。
5....
【专利技术属性】
技术研发人员：马广程，赵洲加，夏红伟，王常虹，马长波，李莉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。