CN108037676A - 一种适用于飞行器导航制导控制的半物理地面仿真装置 - Google Patents

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李莉
夏红伟
王常虹
马广程
考永贵
安昊
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Abstract

本发明提供了一种适用于飞行器导航制导控制的半物理地面仿真装置。所述GNC动力学驱动子***、目标运动模拟子***、跟踪运动模拟子***、飞行器测量载荷子***、目标特性模拟子***、地面监控子***和场外星敏模拟子***之间通过光纤网络进行信息传输，构建全光纤快速网络，解决了通讯的瓶颈问题。所述的目标运动模拟子***、跟踪运动模拟子***的控制模块直接采用“嵌入式与背负式”架构，嵌入式控制模块直接就近安装在运动模拟器的运动平台上，其与GNC动力学驱动子***、地面监控子***之间通过光纤网络进行信息传输，构建全光纤快速网络，能够满足高动态特性中对快速数据通讯和大批变量传输的需求，解决以往普通架构的信息延迟问题。

Description

一种适用于飞行器导航制导控制的半物理地面仿真装置
技术领域
本发明涉及一种适用于飞行器导航制导控制的半物理地面仿真装置，属于飞行器导航制导控制的地面仿真装置技术领域。
背景技术
空间飞行器一旦发射将难以维修，其特殊的运行环境使其地面仿真试验显得尤为重要，目前对于空间飞行器地面仿***要分为三类：(1)数学/计算机软件仿真；(2)半物理仿真；(2)全物理仿真。其中半物理仿真由于比全物理仿真试验容易实现，又比数学仿真真实等优点在飞行器的研制过程中受到高度重视。特别是对于飞行器的导航制导仿真方法的研究，目前只能检索到数学仿真和半物理仿真，并且在半物理仿真中通常借助六维运动模拟器进行仿真测试，这种六维运动模拟器通常由三维平动机构和三轴转台组成，这种结构的优点是运动解算相对简单，缺点是这种架构限制了其承载能力和加速度(***动态特性的重要指标)。
经文献检索，厉明、纪勇、贾宏光、续志军等在论文“基于快速仿真原型的飞行器半物理仿真***”(见《光学精密工程》，2008年，第16卷第10期，页码1949-1955)中设计了基于快速仿真原型技术的大闭环半物理飞行实时仿真***，通过光纤反射内存网络实现高速互联，但该文重点在于快速仿真原型***的搭建，不涉及***承载能力和***动态特性的研究。
中国发明专利申请号：200910243276.1，专利名称：人控交会对接半物理仿真试验***，该发明采用三自由度转台模拟目标飞行器的运动，对空间交会对接的模拟程度不高，精度受限，并且还是受***结构的约束仍存在承载能力和动态特性的先天性限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原理简单、承载大、响应速度快、精度高、容易工程实现的一种适用于飞行器导航制导控制的半物理地面仿真装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种适用于飞行器导航制导控制的半物理地面仿真装置，包括：GNC动力学驱动子***、目标运动模拟子***、跟踪运动模拟子***、飞行器测量载荷子***、目标特性模拟子***、地面监控子***、场外星敏模拟子***和光纤网络，跟踪运动模拟子***具有二维直线运动和二维转动运动功能，目标运动模拟子***具有一维直线运动和二维转动运动功能，并且目标运动模拟子***和跟踪运动模拟子***相对安装在地基上，飞行器测量载荷子***安装在跟踪运动模拟子***上，目标特性模拟子***安装在目标运动模拟子***上，GNC动力学驱动子***接收飞行器测量载荷子***的测量信息，计算出下一步的运行指令并传输给目标运动模拟子***和跟踪运动模拟子***，地面监控子***是该***的人机接口，接收操作人员或上位机的指令输入并发送相应控制指令给仿真***，同时负责接收整个***的运行数据并进行显示、存储、回放和分析；场外星敏模拟子***由星敏感器和星空模拟装置组成，星空模拟装置接收GNC动力学驱动子***的信息，计算并显示当前的星空图态，星敏感器根据当前模拟的星空给出测量结果，并将结果传输给GNC动力学驱动子***作为星敏测量的输入信息，所述的GNC动力学驱动子***、目标运动模拟子***、跟踪运动模拟子***、飞行器测量载荷子***、目标特性模拟子***、地面监控子***和场外星敏模拟子***之间均通过光纤网络进行信息传输。
本发明的有益效果：
1、所述的GNC动力学驱动子***、目标运动模拟子***、跟踪运动模拟子***、飞行器测量载荷子***、目标特性模拟子***、地面监控子***和场外星敏模拟子***之间通过光纤网络进行信息传输，构建全光纤快速网络，解决了通讯的瓶颈问题。
2、所述的目标运动模拟子***、跟踪运动模拟子***的控制模块直接采用“嵌入式与背负式”架构，嵌入式控制模块直接就近安装在运动模拟器的运动平台上，其与GNC动力学驱动子***、地面监控子***之间通过光纤网络进行信息传输，构建全光纤快速网络，能够满足高动态特性中对快速数据通讯和大批变量传输的需求，解决以往普通架构的信息延迟问题。
3、GNC动力学驱动子***基于xPC构建，地面监控子***基于Labview构建，实现了快速原型仿真、快速人机界面的目的。
4、所述的目标运动模拟子***、跟踪运动模拟子***的特殊“2+2”结构，配合其“嵌入式与背负式”就近控制架构以及光纤网络可以实现大承载、响应速度快、精度高、容易工程实现的高动态特性的仿真控制。
附图说明
图1为本发明飞行器导航制导地面仿真装置的结构示意图。
图2为场外星敏模拟子***13的结构示意图。
图中的附图标记，1为GNC动力学驱动子***，2为目标运动模拟子***，3为跟踪运动模拟子***，4为飞行器测量载荷子***，5为目标特性模拟子***，6为地面监控子***，7为X向运动机构一，8为Z向竖直运动机构，9为二维转台一，10为X向运动机构二，11为Y向运动机构，12为二维转台二，13为场外星敏模拟子***，131为星敏感器，132为星空模拟装置，14为光纤网络。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1和图2所示，本实施例所涉及的一种适用于飞行器导航制导控制的半物理地面仿真装置，包括：GNC动力学驱动子***1、目标运动模拟子***2、跟踪运动模拟子***3、飞行器测量载荷子***4、目标特性模拟子***5、地面监控子***6、场外星敏模拟子***13和光纤网络14，跟踪运动模拟子***3具有二维直线运动和二维转动运动功能，目标运动模拟子***2具有一维直线运动和二维转动运动功能，并且目标运动模拟子***2和跟踪运动模拟子***3相对安装在地基上，飞行器测量载荷子***4安装在跟踪运动模拟子***3上，目标特性模拟子***5安装在目标运动模拟子***2上，GNC动力学驱动子***1接收飞行器测量载荷子***4的测量信息，计算出下一步的运行指令并传输给目标运动模拟子***2和跟踪运动模拟子***3，地面监控子***6是该***的人机接口，接收操作人员或上位机的指令输入并发送相应控制指令给仿真***，同时负责接收整个***的运行数据并进行显示、存储、回放和分析；场外星敏模拟子***13由星敏感器131和星空模拟装置132组成，星空模拟装置132接收GNC动力学驱动子***1的信息，计算并显示当前的星空图态，星敏感器131根据当前模拟的星空给出测量结果，并将结果传输给GNC动力学驱动子***1作为星敏测量的输入信息，所述的GNC动力学驱动子***1、目标运动模拟子***2、跟踪运动模拟子***3、飞行器测量载荷子***4、目标特性模拟子***5、地面监控子***6和场外星敏模拟子***13之间均通过光纤网络14进行信息传输。
所述目标运动模拟子***2由X向运动机构一7、Z向竖直运动机构8、二维转台一9组成，Z向竖直运动机构8安装在X向运动机构一7上，X向运动机构一7安装在地基上，二维转台一9安装在Z向竖直运动机构8上，二维转台一9的负载盘上安装有目标特性模拟子***5。
所述的跟踪运动模拟子***3由X向运动机构二10、Y向运动机构11和二维转台二12组成，X向运动机构二10安装在地基上，Y向运动机构11安装在X向运动机构二10上，二维转台二12安装在Y向运动机构11上，二维转台二12的负载盘上安装飞行器测量载荷子***4。
试验前，将待测飞行器测量载荷子***4安装在跟踪运动模拟子***3中二维转台11的负载盘上，目标特性模拟子***5安装在目标运动模拟子***2中的二维转台8上，将待验证的控制算法注入GNC动力学驱动子***1。
试验时，GNC动力学驱动子***1通过光纤网络14将运动模拟机构的运动指令信息发送给目标运动模拟子***2和跟踪运动模拟子***3，目标运动模拟子***2和跟踪运动模拟子***3按照接收到的指令控制运动模拟机构实现相应位姿的高精度控制，所使用的飞行器测量载荷子***4将测量到的位姿信息通过网络传输给GNC动力学驱动子***1，GNC动力学驱动子***1根据事先注入的算法计算控制量并将控制输出完成***的闭环控制测试。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种适用于飞行器导航制导控制的半物理地面仿真装置，其特征在于，包括：GNC动力学驱动子***、目标运动模拟子***、跟踪运动模拟子***、飞行器测量载荷子***、目标特性模拟子***、地面监控子***、场外星敏模拟子***和光纤网络，跟踪运动模拟子***具有二维直线运动和二维转动运动功能，目标运动模拟子***具有一维直线运动和二维转动运动功能，并且目标运动模拟子***和跟踪运动模拟子***相对安装在地基上，飞行器测量载荷子***安装在跟踪运动模拟子***上，目标特性模拟子***安装在目标运动模拟子***上，GNC动力学驱动子***接收飞行器测量载荷子***的测量信息，计算出下一步的运行指令并传输给目标运动模拟子***和跟踪运动模拟子***，地面监控子***是该***的人机接口，接收操作人员或上位机的指令输入并发送相应控制指令给仿真***，同时负责接收整个***的运行数据并进行显示、存储、回放和分析；场外星敏模拟子***由星敏感器和星空模拟装置组成，星空模拟装置接收GNC动力学驱动子***的信息，计算并显示当前的星空图态，星敏感器根据当前模拟的星空给出测量结果，并将结果传输给GNC动力学驱动子***作为星敏测量的输入信息，所述的GNC动力学驱动子***、目标运动模拟子***、跟踪运动模拟子***、飞行器测量载荷子***、目标特性模拟子***、地面监控子***和场外星敏模拟子***之间均通过光纤网络进行信息传输。
2.根据权利要求1所述的适用于飞行器导航制导控制的半物理地面仿真装置，其特征在于，所述目标运动模拟子***由X向运动机构一、Z向竖直运动机构、二维转台一组成，Z向竖直运动机构安装在X向运动机构一上，X向运动机构一安装在地基上，二维转台一安装在Z向竖直运动机构上，二维转台一的负载盘上安装有目标特性模拟子***。
3.根据权利要求1所述的适用于飞行器导航制导控制的半物理地面仿真装置，其特征在于，所述的跟踪运动模拟子***由X向运动机构二、Y向运动机构和二维转台二组成，X向运动机构二安装在地基上，Y向运动机构安装在X向运动机构二上，二维转台二安装在Y向运动机构上，二维转台二的负载盘上安装飞行器测量载荷子***。
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